超彈的案例
非線性有限元分析之超彈模型neo-Hookean
力學家和工程師們將這些材料統(tǒng)稱為超彈（Hyperelastic）材料，并將描述這類材料的力學模型稱之為超彈模型。
這些超彈材料（模型）都有顯著的特征：
能承受很大的彈性（可恢復）變形，有時應變最高可達10倍。
超彈材料幾乎是不可壓縮的。因為變形是通過材料分子鏈的拉直引起, 所以在外加應力作用下的體積變化很小。
應力-應變關系呈現(xiàn)出高度的非線性。通常, 拉伸狀態(tài)下, 材料先軟化再硬化，而壓縮時材料急劇硬化。
為了預測和分析這些超彈材料的力學性能，力學家們提出了很多模型。常見的超彈模型有：Neo-Hookean, Mooney-Rivlin, Odgen, Arruda-Boyce, Gent, Yeoh, Blatz-Ko等等。目前無論是各種橡膠制品（如密封圈），生物材料（如肌肉），到電影虛擬渲染（CG）都大量用到了這些模型。WELSIM也已經基本支持了這些模型。今天我們就來詳細介紹一下neo-Hookean。
Neo-Hookean模型
Ronald Rivlin（1915-2005）在1948年提出，此Rivlin同時也是提出著名Mooney-Rivlin超彈模型的Rivlin。可以看出neo-Hookean并不是以人名命名的模型。這位出生于英國的力學家早年本科畢業(yè)于英國劍橋著名的圣約翰學院（St. John’s Colleage），畢業(yè)后沒多久就經歷了第二次世界大戰(zhàn)，先后在通用電氣，英國飛機制造局，大不列顛橡膠制造研究所工作過，并對橡膠的研究展現(xiàn)出極大的興趣和成就。37歲獲得博士學位。后移居美國并先后在布朗大學（Brown University）和里海大學（Lehigh University）任教。
Neo-Hookean模型是所有常用超彈模型中具有最簡單形式的一個。
展開 ANSYS Workbench橡膠超彈分析及應用實例
ANSYS Workbench參數(shù)擬合功能
利用ANSYS提供的線性和非線性回歸算法，用戶可直接輸入超彈材料的試驗數(shù)據(jù)以獲得其材料參數(shù)值，且該功能適用于所有超彈模型。用戶將試驗數(shù)據(jù)存放在一個文本文件中，可以針對多種超彈模型作曲線擬合，程序同時提供擬合的誤差范數(shù)并以圖形的方式顯示試驗數(shù)據(jù)與所計算的系數(shù)之間的關系，以便選取合適的超彈性模型。
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ANSYS Workbench橡膠超彈性分析實例
問題描述
使用ANSYS Workbench模擬橡膠材料試件的拉伸試驗，取四分之一模型進行建模，如下圖所示，在右側位置施加一定位移，計算得到產生位移后的狀態(tài)。
圖2 幾何模型
分析步驟
（1）創(chuàng)建靜力學分析流程。
（2）設置材料屬性：根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，分別輸入單軸、雙軸、剪切的實驗數(shù)據(jù)，得到各個實驗數(shù)據(jù)曲線，然后應用曲線擬合功能，得到計算用的材料曲線，以及相關參數(shù)。
圖3 輸入材料實驗數(shù)據(jù)
圖4 曲線擬合
（3）劃分網(wǎng)格：采用掃掠方式，取合適的網(wǎng)格密度，得到全六面體單元網(wǎng)格。
圖5 劃分網(wǎng)格
（4）施加約束及載荷：在對稱面上施加無摩擦約束，在右側施加位移約束。
圖6 邊界條件
（5）計算求解：打開大變形開個，打開自動時間步，調整最小子步數(shù)等。
（6）結果后處理：查看等效應力及等效應變。
圖7 變形云圖
圖8 等效應力云圖
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結論
ANSYS提供了豐富的超彈性材料，強大的曲線擬合功能，以及各種非線性分析設置，利用Workbench平臺操作的便利性，可以方便的進行各種橡膠材料或超彈性模型的分析。
源自CAE技術交流公眾號
展開 技術鄰周報Q18：結構設計/Abauqs/氣固耦合/NVH/巖土/iSolver/超彈模型/CFD/動力總成...
7、非線性有限元分析之超彈模型neo-Hookean
作者：
天佑有限元
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1830432
在結構有限元分析中，常會遇到如橡膠、生物組織等非金屬材料。由于這些材料的力學性能和金屬材料的力學性能有著巨大區(qū)別，如大彈性變形，不可壓縮性，粘彈性等等。力學家和工程師們將這些材料統(tǒng)稱為超彈（Hyperelastic）材料，并將描述這類材料的力學模型稱之為超彈模型。
8、【iSolver案例分享】一端開放圓管空氣聲腔聲模態(tài)分析
作者：
snowwave02
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1830523
iSolver為一個完全自主的通用結構有限元軟件，對標國際主流結構CAE商業(yè)軟件Abaqus、Ansys、Nastran，支持結構分析的常用功能，線性及材料非線性的精度和Abaqus沒有誤差，效率和Abaqus相當， iSolver自帶友好的三維可視化前后處理界面，也可作為一個輕量化插件集成到Abaqus/FEMAP或者自主軟件中。
9、五級簡化，助你快速搞定電機CFD散熱
作者：
YeY
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1830540
通常，在電機設計的過程中，采用CFD方法進行建模和仿真，可以快速計算得到電機散熱情況和整體的溫度分布，從而為我們的電機設計提供重要的數(shù)據(jù)支撐。不過，由于電機內部部件較多，各部分的發(fā)熱與散熱情況復雜，因此想要進行高效又準確的CFD模擬，必須要對電機模型進行簡化才能達到目的。
展開 計算方法 | 淺析橡膠超彈體與粘彈性仿真(超彈篇)
超彈體仿真材料處理與本構擬合
1、橡膠超彈體材料處理
分析橡膠類仿真計算一般需要選擇超彈體材料模型，超彈體材料模型假設材料是各向同性的、等溫和彈性的，完全或接近不可壓縮，是真實橡膠行為的理想化。
對于橡膠超彈體進行模擬仿真應該首要進行材料曲線的擬合工作，主流CAE仿真軟件都提供了曲線擬合工具，可以幫助把實驗數(shù)據(jù)轉化成各種超彈模型能使用的應變能量密度函數(shù)系數(shù)。對于超彈體的試驗數(shù)據(jù)種類可以選擇圖1中所示的多種或者至少一種，一般認為能夠提供的數(shù)據(jù)種類越多，擬合的曲線越能表現(xiàn)真實橡膠特性，但對于以壓縮為主的仿真計算項目，建議試驗數(shù)據(jù)應該包括單軸壓縮或等雙軸拉伸。
圖1
應該注意的是用于擬合曲線的測試的數(shù)據(jù)（除體積測試數(shù)據(jù)）需要工程應力-應變數(shù)據(jù)，體積測試數(shù)據(jù)需要真實應力-應變數(shù)據(jù)。這與金屬非線性計算中塑性曲線擬合中收集數(shù)據(jù)方式不同，一般金屬塑性曲線需要工程應力-應變轉換為真實應力-應變。對于試驗數(shù)據(jù)需要調整滯回和應力軟化行為，采用穩(wěn)定的曲線（應該偏移至零應力和零應變）用來進行曲線擬合，如圖2所示。
圖2
2、橡膠超彈體材料本構擬合
超彈體材料本構模型很多，如圖3所示。
圖3
同時同種本構模型又有不同的項數(shù)，例如常用的Mooney Rivlin 模型就有分為N=2，3，5和9項模型，可看作是多項式形式的特殊情形。
2項Mooney Rivlin模型相當于N=1的多項式形式，是最常用的模式之一。
3項Mooney Rivlin模型與N=2且 的多項式形式類似。
5項Mooney Rivlin模型相當于N=2多項式形式。
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Yeoh超彈性材料模型案例 ￥1
https://mp.weixin.qq.com/s/S18RHWZDqtyVhH6wJMTgmA
Yeoh超彈模型，也稱作縮減多項式（Reduced Polynomial）模型。這也是以人的姓氏命名的超彈模型，用以感謝Oon Hock Yeoh在此橡膠超彈模型上作出的貢獻。
不列顛哥倫比亞大學姜鋒團隊《AFM》：“雙冰模板”組裝的多功能超彈性納米纖維素氣凝膠
壓縮條件下超彈性CNF氣凝膠的機械性能：（a）不同初始濃度的CNF氣凝膠的應力-應變曲線；（b）楊氏模量（橙色）和屈服應力（藍色）；（c）0.2% 超彈CNF氣凝膠在40% 最大應變下的循環(huán)壓縮應力-應變曲線（加載和卸載速率為50 mm/min）；（d）0.2% 超彈 CNF氣凝膠在40%應變和能量損失系數(shù)曲線圖（1-50 次循環(huán)）；（e）超彈性氣凝膠在200 g重量下的壓縮-回彈照片；（f）0.2% CNF 氣凝膠浸入液氮中具有優(yōu)異的彈性，從超過 80% 的應變中瞬時恢復形狀。
圖5. 超彈CNF氣凝膠的熱性能：（a）不同CNF初始濃度下氣凝膠的熱導率；0.2% CNF氣凝膠（高度：8 mm）在（b）加熱板上和（c）冰上的溫度-時間曲線（黑色虛線代表室溫；大紅點代表熱板上氣凝膠的表面溫度；大藍點代表冰上氣凝膠的表面溫度；橙色三角形代表熱板或冰的溫度）；（d）0.2% CNF 氣凝膠（高度：19 mm）在150 分鐘內在加熱板上的紅外圖像。最后一張紅外圖像是150分鐘時氣凝膠上表面的溫度。
論文第一作者是江蘇理工學院秦恒飛副教授，通訊作者為加拿大不列顛哥倫比亞大學林學院姜鋒教授。研究工作得到加拿大首席研究項目、加拿大自然科學和工程研究理事會、加拿大創(chuàng)新基金會-約翰·埃文斯領導人基金的資助和國防卓越和安全創(chuàng)新（IDEaS）計劃的資助。
展開 橡膠超彈材料簡介與總結 ￥1
橡膠因其良好的伸縮性和復原性，成為我們生活中一種常用材料，被廣泛用于密封、減震部件，其主要包括天然橡膠及合成橡膠，屬于無定形的高聚物，是超彈性材料的典型代表。橡膠材料具有不可壓縮、非線性以及大變形的特點，導致我們無法簡單的用彈性模量和泊松比定義其性能參數(shù)，那我們如何去定義呢？下文將對橡膠材料的特點以及本構模型進行介紹，分析不同本構模型的區(qū)別與應用場景，并就利用ANSYS Workbench結合單軸試驗應力應變數(shù)據(jù)進行橡膠材料曲線擬合進行介紹！
超彈性材料有限元分析注意事項 ￥3
# 樂學以致遠，在懵懂中前進 # ---------------------------------------------# 超彈性材料本構分析實例 #
對于涉及到超彈性材料的結構有限元分析，無形中加大了分析難度！第一點就是關于超彈材料材料參數(shù)的確定，如何解決呢？首先選用合適的本構模型（一類是基于連續(xù)介質力學的維象理論模型，如Mooney-Rivlin模型、Ogden模型；另一類是基于統(tǒng)計熱力學，如Neo-hookean模型），通過開展試驗并結合曲線擬合的方法確定材料參數(shù)。第二點就是超彈材料表現(xiàn)出不可壓縮性，也就是泊松比接近0.5，必須定義不同的單元技術以保證計算的收斂和準確性，不然會引發(fā)剪切自鎖和體積自鎖導致求解困難。下文分別就超彈材料的材料參數(shù)確定方法、單元技術學習以及分析實例展開講述。
橡膠是最常見的超彈性材料，表現(xiàn)出超彈性和粘彈性
展開 ANSYS常用單元特性總結及簡單實例
分層實體單元-SOLID95的分層版-SOLID46的高階單元-不支持塑性
SOLISH190__8節(jié)點層實體殼單元-可用于模擬各種厚度的殼體結構(可分層，可與實體單元直接連接)-塑性、超彈、大變形、初應力等
對于某些單元，有命令流實例，具體見壓縮文件包：
總結的ANSYS常用單元及簡單實例.rar
日本研發(fā)超音速滑翔彈 日媒稱旨在應對中方"威脅"
時事社9月24日報道稱，日本防衛(wèi)省為了強化沖繩縣尖閣諸島（即中國釣魚島及其附屬島嶼——本網(wǎng)注）等離島防御，正在開發(fā)“島嶼防御用高速滑翔彈”。這是一種可從超高空發(fā)射的導彈上分離的彈頭，并以超音速擊中地面目標的進攻型武器，防衛(wèi)省將其視為陸上自衛(wèi)隊奪島戰(zhàn)力之一。防衛(wèi)省將開發(fā)工作比原計劃提前了7年，試圖在2026財年實用化。
發(fā)射裝置預計采用機動式平臺。由于射程較遠，如果與防衛(wèi)省在航空自衛(wèi)隊引進的對地攻擊型遠程巡航導彈配合，將會具備攻擊敵方基地的能力，因此可能會受到周邊國家的警惕。
報道稱，滑翔彈通過火箭發(fā)動機來推進，彈頭在數(shù)十公里高度分離，然后在大氣層內以超音速朝著地面目標滑翔和降落。它速度快，很難被敵軍防空武器攔截，可以從敵方進攻的離島周邊島嶼進行發(fā)射。
防衛(wèi)省為了應對在東海活動的中國軍隊的威脅，推進了在沖繩縣宮古島和石垣島設立陸上自衛(wèi)隊地對艦導彈部隊的計劃，滑翔彈可能會被部署到這些陸上自衛(wèi)部隊。
資料圖片：日本防衛(wèi)省公開的高速滑翔彈使用示意圖。（圖片來源于網(wǎng)絡）
資料圖片：未來高超音速導彈想象圖。（圖片來源于網(wǎng)絡）
報道稱，防衛(wèi)省官員稱，“如果島嶼遭受攻擊，可以投入陸上自衛(wèi)隊的水陸機動團，但要想有效實施機動團的登陸奪島作戰(zhàn)，就需要對地攻擊能力”。
要實現(xiàn)滑翔彈的實用化，還需要能夠保障超音速滑翔的姿態(tài)控制系統(tǒng)，需要擁有彈頭具備承受滑翔時與大氣摩擦產生高溫的技術。防衛(wèi)省計劃依次開發(fā)早期部署型和性能提高型不同型號，于2025財年完成試驗。
報道稱，防衛(wèi)省自2018財年起，為滑翔彈的研發(fā)編制預算，并在2019財年的預算申請中提出了138億日元（1日元約合0.009美元）要求。
資料圖片：高超音速武器再入大氣層想象圖。（圖片來源于網(wǎng)絡）
來源：參考消息網(wǎng)
展開 為何仿真總在動態(tài)工況下“失靈”？您可能缺了這份粘彈性數(shù)據(jù)
粘-超彈耦合本構模型構建
對于需要同時模擬大變形超彈性與時間依賴性的復雜工況，我們可提供粘-超彈耦合本構模型的校準服務，將超彈模型與粘彈性模型無縫結合。
我們的
技術優(yōu)勢
03
PART
01
數(shù)據(jù)維度完整
結合動態(tài)（頻域）與靜態(tài)（時域）測試，為模型擬合提供相互驗證的堅實基礎，避免單一數(shù)據(jù)源的局限性。
02
模型工程導向
擬合過程嚴格遵循時-溫等效等物理原理，確保生成的模型參數(shù)不僅曲線匹配，更具備外推預測的物理合理性與工程實用性。
03
無縫仿真對接
擬合獲得的Prony級數(shù)、WLF方程等參數(shù)，可一鍵導入Abaqus、Ansys、Marc等主流CAE及Endurica 橡膠疲勞與耐久性分析軟件，直接用于您的實際產品仿真。
可靠的動態(tài)仿真，始于對材料粘彈性的深刻洞察。
如果您需要預測橡膠部件的動態(tài)剛度、振動阻尼、生熱或長期松弛/蠕變行為，可以點擊文章底部閱讀原文，或掃描下方二維碼，歡迎隨時與我們聯(lián)系，獲取專業(yè)的技術咨詢與測試方案。
☆ END ☆
展開 
人體熱量調節(jié)的法寶 —— 超輕、超彈碳化硅納米纖維彈簧氣凝膠
來源 | Journal of Advanced Ceramics
原文 | https://doi.org/10.1007/s40145-022-0606-2
01
背景介紹
個人熱量調節(jié)技術可以使人們單獨控制熱環(huán)境，從而顯著地提高個人熱舒適性。在極端環(huán)境條件下，保持熱舒適度對人體的身心健康非常重要。如果體溫過高或過低，都可能危及人體生命。此外，缺乏熱舒適性可能導致勞動生產率下降，最終導致經濟衰退。因此，保持工人的身體熱舒適度對促進經濟發(fā)展具有重要作用。
個人熱管理設備應像普通衣服一樣可穿戴，并能在寒冷環(huán)境中減少身體熱量損失，在炎熱環(huán)境中防止外部熱量傳遞到身體上。為了實現(xiàn)這一目標，Zhao等人設計了熱電能量轉換裝置，通過在溫控內衣中交織的樹形橡膠管網(wǎng)，為人體提供冷風(冷卻模式)和熱風(加熱模式)。Guo等人開發(fā)了一種基于氟硅烷改性紡織品的個人能量管理裝置，該裝置可以利用人體的機械能為可穿戴電子設備供電，并在保持正常體溫的同時防止身體熱量的損失。Hsu等人報道了一種金屬納米線布，它具有普通布的耐磨性和透氣性，由于個人熱管理能力，在降低室內供暖能耗方面有很大潛力。Roh等人制造了一種金屬復合織物制成的衣服，它將身體的熱量反射給穿著者，并將外界的大部分輻射反射回來，從而消除了對體溫的整體影響。Yue等人制備了一種多功能納米銀/纖維素纖維基隔熱膜，實現(xiàn)紅外輻射隔熱。上述材料雖然具有優(yōu)異的紅外反射性能，但在實際應用中存在一定的局限性。聚合物基紡織品在低溫下變得非常硬和脆，不宜在極冷條件下使用。至于金屬纖維編織的紡織品，金屬的高導熱性限制了其在高溫環(huán)境中的應用。眾所周知，SiC具有優(yōu)越的電磁特性、優(yōu)異的光學、電和熱性能、低成本、高硬度、
展開 聚酰亞胺纖維/石墨烯氣凝膠：原位縮合節(jié)點“焊接”，超彈形變力熱可調
02
成果掠影
近期，天津大學封偉教授課題組采用水熱還原和原位焊接的實驗方法，成功制備了一種超彈性聚酰亞胺纖維/石墨烯氣凝膠（PINF/GA），系統(tǒng)性地研究了該復合氣凝膠的微觀結構、力學性能和導熱性能，并通過簡便的方法將其應用于柔性觸覺傳感陣列，測試了其對未知物體形貌和溫度同時感知的能力。該復合氣凝膠具有獨特的拱橋形結構，寬溫度高彈性和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，其熱導率和電導率具有較高的應力敏感性，導熱系數(shù)變化比可達9.81。此外，基于溫度數(shù)據(jù)庫，構建的柔性觸覺傳感陣列，可以同時檢測未知物體的形狀、高度分布和溫度分布。該研究成果解決了三維石墨烯網(wǎng)絡動態(tài)熱調節(jié)能力差和彈性差的問題，對具有寬工作溫度范圍的柔性觸覺傳感器的設計產生了深遠的影響。研究結果表明，PINF/GA在柔性觸覺傳感、智能人機交互技術領域具有廣泛的應用前景。該研究成果以“Hyperelastic Graphene Aerogels Reinforced by In-suit Welding Polyimide Nano Fiber with Leaf Skeleton Structure and Adjustable Thermal Conductivity for Morphology and Temperature Sensing”為題發(fā)表于《Advanced Fiber Materials》。
03
圖文導讀
圖1 PINF/GA制備流程圖、SEM照片及PINF“焊接”SEM照片。
展開 香港理工大學鄭子劍教授課題組AFM：在透氣超彈液態(tài)金屬導體材料上取得新進展
基于以上，鄭子劍教授團隊通過對超浸潤液態(tài)金屬及拉伸導電性增加的聚合物分子框架的設計，在三維多孔的纖維網(wǎng)絡修飾可與液態(tài)金屬反應型浸潤的銀層，使得液態(tài)金屬的浸潤接觸角到0°左右。同時，纖維網(wǎng)絡的毛細力使得液態(tài)金屬可快速灌輸?shù)?em>超親的纖維網(wǎng)絡中。這一現(xiàn)象在拉伸過程中更加明顯，進而產生更多的導電回路來緩解電阻在大應變下的變化。
圖1. 超浸潤液態(tài)金屬及拉伸導電性增加的液態(tài)金屬導體材料的制備。
該團隊通過液態(tài)金屬與銀層的反應型浸潤，制備銦銀的金屬間化合物，使得液態(tài)金屬在靜電紡絲纖維網(wǎng)絡表面的接觸角從145°降低到0°左右。同時，由于靜電紡絲網(wǎng)絡的毛細力，液態(tài)金屬可進一步灌輸?shù)狡淙S多孔的結構中，可得到高液態(tài)金屬載量 （64~210 mg cm-2）低電阻的可拉伸導體材料。在實際應用中，該導體材料還能在拉伸-松弛的過程中形成橫向網(wǎng)狀和垂直彎曲的褶皺結構，使得該導體具有透氣透水性。這項研究工作為高導電性、高導電穩(wěn)定性、超浸潤的液態(tài)金屬可拉伸導體材料設計提供了一種新的策略。
圖2. a)液態(tài)金屬載量與導電性的關系；b)應力應變曲線；c) 應變下的電阻變化；d) 循環(huán)拉伸測試過程中的電阻變化。
同時，作者發(fā)現(xiàn)在拉伸過程中，液態(tài)金屬不僅不會被擠出，反而會更好地灌輸?shù)嚼w維網(wǎng)絡內部。這有利于拉伸過程中液態(tài)金屬更好地修復內部破裂的硬的銀層，進而形成更多液態(tài)金屬-銀的導電網(wǎng)絡，使得導電性隨應變的增大而提高，表現(xiàn)出電阻在2500%應變下僅僅2.5倍的變化。
展開 .: 納米晶Ti-44Ni-5Cu-1Al（at％）合金中穩(wěn)定且良好的超彈性和彈
【引言】
形狀記憶合金（SMA）的超彈性已在包括生物裝置在內的領域獲得實際應用。它是由應力誘發(fā)的馬氏體轉變（MT）和逆轉變引起的。由于MT與潛熱有關，因此當絕熱地施加或去除應力時，應力誘導的MT導致試樣溫度升高或降低。這種行為通常被稱為彈性熱效應。最近，SMA中的彈性熱效應引起了很多關注，因為它具有可用于新的制冷系統(tǒng)的高潛力。對于超彈性和彈性熱效應，高抗疲勞性和良好的可加工性是實際應用的重要因素。
在許多SMA中，Ti-Ni SMA因其優(yōu)異的機械性能和可加工性而得到最廣泛的應用。有趣的是，由于與應激誘導的MT相關的高潛熱，Ti-Ni SMA中的彈性熱效應也很好。盡管已經進行了許多研究以改善Ti-Ni SMA的超彈性和疲勞性能，但它們的改進仍然是最具挑戰(zhàn)性的主題。減小晶粒尺寸對改善機械性能是有效的。然而，它的疲勞特性并不令人滿意。據(jù)推測，母體和馬氏體相之間較差的晶格相容性將是疲勞性能不足的主要原因。
Ti-Ni SMA中有三種馬氏體相。它們是R相，B19相和B19'相。盡管對于B2-B19'轉變來說，超彈性應變是最大的，但對于大多數(shù)合金來說，B2相和B19'相之間的晶格相容性并不好。因此，通過反復B2-B19'轉變，缺陷在試樣中積累，導致疲勞性能不足。B2相和R相之間的晶格相容性較好，并且B2-R轉變有優(yōu)異的疲勞性能。然而，B2-R轉化的轉變應變和潛熱很小，這限制了這種轉化的使用。人們普遍認為，超彈性和疲勞特性是B2-B19轉化的中間因素。對于B2-B19轉變，考慮到通過引入細小顯微組織和更好的疲勞性能來改善超彈性，可以在有B2-B19轉變的合金中，通過引入細小顯微組織來獲得優(yōu)異的超彈性。
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