該案例來自Mechanical Tutorials Chapter 2: Nonlinear Static Structural Analysis of a Rubber Boot Seal。該橡膠套密封件示例顯示幾何非線性，非線性材料行為（橡膠）和狀態非線性（接觸）。該示例的目的是顯示surface-projection-based接觸方法的優點并且確定橡膠護套密封件的位移和應力結果。

1.打開靜力學模塊，導入模型

 

2. 編輯材料

點擊Click here to add new material，輸入Rubber Material，在左側Hyperelastic欄下雙擊Neo-Hookean，在Initial Shear Modulus欄下輸入1.5，在Incompressibility Parameter D1 Value欄下輸入0.026.

 

3.定義單位系統

選擇如圖的單位系統

 

4.設置模型

設置Surface Body的厚度為0.01mm，并定義為剛體，Solid設置材料為Rubber Material。

 

 

5. 添加圓柱坐標系

Type 選擇為Cylindrical，Coordinate System選擇為Manual，在Origin中Define By 選擇為Global Coordinates，XYZ的值都為0。Principal Axis 中Axis選擇Z，Define By選擇為Global Y Axis，Orientation About Principal Axis中Axis選擇為X ，選擇Global Z Axis，并重新命名為Cylindrical Coordinate System。

 

6. 定義Remote Point

右鍵model，插入Remote Point。Geometry中選擇圓柱表面，X Coordinate, Y Coordinate和Z Coordinate都設置為0，Behavior設置為 Rigid。

 

7. 定義Named Selections

（1）選擇圓柱面，右鍵Named Selections，并重新命名為Cylinder_Outer_Surface。

 

（2）選擇橡膠圈的所有內面，右鍵Named Selections，并重新命名為Boot_Seal_Inner_Surfaces（此處一共24個面）。

 

（3）選擇橡膠圈的所有外面，右鍵Named Selections，并重新命名為Boot_Seal_Outer_Surfaces（此處一共27個面）。

 

8. 設置接觸關系

（1）選擇Frictional接觸方式，Scoping Method設置為Named Selections，Contact設置為Boot_Seal_Inner_Surfaces，Target設置為Cylinder_Outer_Surface，Target Shell Face設置為Top，Frictional Coefficient Value輸入0.2，Set Behavior設置為Asymmetric，Detection Method設置為On Gauss Point，Interface Treatment設置為 Add Offset, Ramped Effects。

 

（2）還有兩個是自接觸，具體的參數這里就不贅述了，直接上圖

 

 

 

9. Analysis Settings

Number of Steps設置為3，Auto Time Stepping設置為On，Define By設置為 Substeps，Initial Substeps和Minimum Substeps 設置為5，Maximum Substeps設置為1000，Large Deflection設置為On。

 

分別設置第2步和第3步，如圖：

 

 

10. 邊界條件設置

在Supports中選擇Displacement，Geometry中選擇橡膠套密封的兩個側面，Coordinate System設置為Cylindrical Coordinate System，Y Component設置為0。

 

還有兩個Displacement如下圖設置：

添加Remote Displacement，Remote Point設置為Scoping Method，Remote Point中選擇Remote Point，設置X Component, Y Component, Z Component, Rotation X, Rotation Y和 and Rotation Z為Tabular，在右側的Tabular Data中Y的第2步和第3步設置為-10，RZ中第3步設置為0.55 rad。

 

11. Solution

添加Total Deformation，Equivalent (von-Mises)，Equivalent (von-Mises)，在Geometry中橡膠套，并提交計算。

 

12. 查看結果

非線性的計算時間一般都比較長，需要耐心等待。如果出現不收斂，可修改網格尺寸。在計算中，我使用了默認的網格劃分，計算出現不收斂，后來把網格尺寸改成1mm后計算收斂了。

 

 

小結：非線性計算的精髓主要在接觸的設置，對于復雜模型，需要不斷的修改接觸算法等參數，這就需要對接觸的深刻理解以及非線性分析的經驗。關于接觸，目前個人覺得講的非常好的是周炬老師的書（前面小鯨魚已經介紹過很多次），再者就是可以去參考幫助文檔（最近筆者也一直在看幫助，收獲很大）。PS：非線性的計算常常需要消耗很長時間，而且還會經常失敗，這就很考驗分析人員的意志力，大家可以搞搞自己的興趣愛好的啥的，筆者比較喜歡在群里聊天，周炬老師的書上有一個交流群，大家可以進群聊聊技術，吹吹牛啥的，哈哈。