引言：超彈性材料是軟體機器人實現 “大變形、高回復、低剛度” 核心性能的關鍵載體，其力學行為需通過精準的本構模型描述。在 Abaqus 仿真環境中，針對軟體機器人的超彈性材料本構，主要存在兩種主流賦予方式：一是直接調用內置的Mooney-Rivlin 應變勢能模型，適用于常規彈性體（如硅橡膠）的快速仿真；二是通過UHYPER.for 用戶子程序自定義應變勢能，適配新型超彈性材料（如梯度彈性體、仿生彈性體）的特殊力學行為。本文將圍繞這兩種方式，結合 Abaqus 仿真全流程（建模、參數設置、分析步、相互作用等），詳細闡述實現邏輯、操作要點及結果對比，為軟體機器人的超彈性仿真提供可復現的技術方案。

1、 計算結果與分析

兩種超彈性本構方式的仿真結果需從 “精度、效率、適用性” 三個維度對比，核心差異如下：

（1） 力學響應精度

Mooney-Rivlin 模型（1 階）：因模型未考慮高階非線性項，易出現 “應力預測偏低” 問題，誤差可升至 15% 以上。

UHYPER.for 子程序：通過自定義高階應變勢能函數（如 Ogden 模型、Yeoh 模型），可覆蓋小至大變形全范圍，與實驗數據誤差穩定在 3% 以內，尤其適合軟體機器人扭轉、彎曲等大變形工況。

（2） 計算效率

Mooney-Rivlin 模型：無需編譯子程序，計算迭代次數少。

UHYPER.for 子程序：需先通過 Fortran 編譯器（如 Intel Fortran Compiler）編譯子程序，且自定義函數的導數計算會增加迭代復雜度。

（3） 收斂性表現

Mooney-Rivlin 模型：因本構關系簡單，在幾何非線性打開、增量步合理設置的前提下，收斂率可達 95% 以上，極少出現 “迭代終止” 問題。

UHYPER.for 子程序：收斂性依賴子程序的導數連續性（如應變能密度函數對主伸長比的二階偏導需連續），若函數編寫存在間斷點，收斂率可能降至 70% 以下。

2、 幾何模型與材料參數

（1） 幾何模型

本教學涉及的部件模型均通過 SolidWorks 軟件完成建模并導入分析環境。由于課程重點在于方法傳授，因此不詳細闡述部件建模的具體操作，主要圍繞導入后的仿真分析流程進行深入拆解與演示。

導入操作要點：將 SolidWorks 導出的.step 文件導入 Abaqus 時，需勾選 “修復導入的幾何” 選項，自動修復微小縫隙或重疊面；導入后通過 “幾何檢查” 工具確認無 “自由邊、非流形邊”，確保后續網格劃分順利。

圖1 幾何模型