abaqus橡膠仿真材料的案例
怎樣在Abaqus中定義橡膠等超彈性材料？橡膠產品仿真分析怎么做？
超彈性材料如橡膠等在工業、建筑和國防中隔震、絕緣等方面具有廣泛應用，如汽車懸置、艦船、航天器隔振器等。
橡膠材料的應力-應變行為是彈性的，它們能承受100%的大變形而不產生塑性變形和斷裂，但是具有高度的非線性，在大變形時應力陡然上升。這種材料行為稱為超彈性（hyperelasticity）。
橡膠本構關系非常復雜。在大量的實驗數據的基礎上，人們建立起來很多理論模型來描述橡膠的力學特征。Abaqus有限元軟件在分析橡膠等超彈性材料具有顯著優勢，為用戶提供了多種橡膠材料的本構模型，用戶可以根據實驗數據和材料的力學行為特征做出選擇。通過擬合實驗數據，確定所選本構方程中的系數，這些過程在程序中可自動完成。
由于超彈性體的特殊性質，基于楊氏模量和泊松比所建立的本構模型不再滿足對大變形行為的描述，我們用應變勢能（strain energy/potential）來表達超彈性材料的應力-應變關系。
展開 abaqus橡膠熱仿真：減振橡膠疲勞黏滯生熱的仿真分析-源文件與子程序詳解
采用一種修正的Kraus模型定量描述了橡膠材料動態損耗模量隨溫度、載荷頻率和應變幅值的變化規律。得到了生熱率與溫度、載荷頻率和應變幅值的函數關系式。
利用依黏彈性理論得出的黏滯生熱率與溫度、載荷頻率和應變幅值的函數關系式，編制了相應的計算程序。建立了減振橡膠疲勞黏滯生熱的有限元分析方法。
通過將經典疲勞模型中用作疲勞壽命預測指標的最大主應變替換為穩態溫升，在冪律模型的基礎上開發了一種方法來快速評估橡膠結構的疲勞壽命。
08
—
源文件與操作步驟（沙漏試樣為例）
8.1分析流程
仿真分析主要包括三個環節：變形分析、熱源計算與熱分析。（1）在變形分析環節，對材料和減振元件施加設定的載荷歷史，采用超彈性本構描述橡膠材料的力學行為，求解每個加載時刻有限元模型中各積分點的應變狀態；（2）在熱源計算環節，對應每一加載時刻，將變形分析中對應的載荷頻率、應變狀態（動態應變幅值）以及熱分析中得到的溫度作為輸入變量，通過自編的Fortran語言子程序，計算得到各積分點的黏滯生熱率；（3）依已知的材料參數和問題的熱邊界條件進行Abaqus熱分析，得出溫度分布后再將溫度場數據返回到自編子程序，對黏滯生熱強度和溫度場進行迭代計算，從而得出橡膠材料和減振元件各位置的溫升歷程。
展開 基于ABAQUS超彈性材料橡膠襯套的剛度計算 附基于Abaqus的橡膠和粘彈性建模下載
橡膠材料作為一種具有可逆形變的高彈性、高分子聚合物材料，基于其在彈性特性方面所具有的超彈性與粘彈性一直被廣泛應用于各個工程領域的減振制品中。對于一些結構簡單的橡膠制品，我們可以基于一些理論推導或工程經驗算法在設計初期來獲取其靜剛度特性。但由于橡膠具有非線性粘彈性與超彈性，這種理論計算結果往往與試驗存在一定誤差，并且這種誤差在一般情況下是不可以忽略不計的，其具有一定的工業應用價值。
為減小誤差或實現零誤差的前期預測，我們引入了有限元仿真分析技術，其可以通過控制模型參數與網格質量實現較小誤差的預測計算。其價值也在各個行業實際的生產中得到了很好的驗證。本文基于減振襯套簡單講訴一下基于ABAQUS軟件的橡膠制品靜剛度仿真分析過程。
仿真分析過程可分為三個大過程：前處理、求解計算和后處理。本文基于ABAQUS軟件設定的分析步驟，不再重點區分分析的三個過程，將操作過程拆分為：部件、屬性、裝配、分析步與輸出設置、相互作用、網格、加載、作業提交與監管以及計算結果的可視化處理九個模塊，下面講訴橡膠襯套靜剛度仿真分析過程。
一、部件
由于本文主旨是為介紹橡膠剛度仿真的過程，所以選用了結構較為簡單的橡膠襯套為例，直接借助ABAQUS軟件的部件模塊常見如圖1所示的幾何模型。
圖1、幾何模型結構圖
二、屬性
為了使仿真結果更接近與實驗值或真實值，除了需要一個適合的仿真求解器和一個高質量的網格文件，更需要選擇一個合適的橡膠本構模型，在ABAQUS軟件中內置了許多相對成熟的橡膠本構模型（如圖2所示），我們可以通過指定相關的系數來實現本構模型的定義,當然我們還可以直接提交我們的試驗數據，交由ABAQUS軟件進行擬合，得出相對精準的參數。
展開 橡膠=汽車半條命：淺談ABAQUS橡膠大變形仿真5大注意事項
導讀：橡膠材料由于其獨特的物理和化學的特性（如超彈性，粘彈性且柔軟性、耐磨性、絕緣性和阻隔性等），使得其在工程上得到了非常廣泛應用，這一點在汽車行業尤為明顯?？v觀過去近200年的歷史，硫化橡膠的誕生直接推動了汽車革命。如今在我們的汽車中，橡膠制品早已是“汽車的半條命”。就拿我們常見的桑塔納轎車來說，其就擁有270多個橡膠密封制品，而這些橡膠組件的性能直接決定了汽車的性能和安全。
橡膠材料是一種典型的超彈材料，其在受力過程中可以看作只有形狀改變而其體積幾乎無變化的不可壓縮性物體，同時還伴隨著幾何非線性和物理非線性。因此，對橡膠材料的相關仿真計算的難度相對較大一些。
首先簡單回顧一下有限元仿真分析中的非線性問題類型：
①邊界條件的非線性：即邊界條件在分析過程中發生變化。接觸問題就是一種典型的邊界條件非線性問題。它的特點是邊界條件不能在計算的開始就可以全部給出，而是在計算過程中確定的，接觸物體之間的接觸面積和壓力分布隨外載荷變化。
②材料的非線性：即材料的應力應變關系為非線性。
③幾何的非線性：即位移的大小對結構的響應發生影響，包括大轉動、大位移、幾何剛性化等問題．
在橡膠制品的仿真分析過程中，以上三種非線性類型均有涉及，如果分析設置不當，極其容易導致求解困難，特別是對變形復雜（比如和多個不規則邊界接觸、變形很大等）情況。這樣一來，如何實現橡膠制品大變形的仿真便成我們較為關心的問題。
下面以對橡膠柱的壓縮試驗的仿真分析為例，簡述一下針對橡膠大變形仿真過程中需要注意的幾點：
圖1、理想與現實的差距
(一)模型的簡化
對于一個工業數模，常常需要進行一些合理的模型簡化，但不可過度簡化。
展開 
Abaqus橡膠拉伸模擬：仿真橡膠接頭的充氣和拉伸過程
Abaqus仿真橡膠接頭的充氣和拉伸過程
（1）
背景
實物整體圖如下：
剖面圖：
外面是剛性法蘭，主體是橡膠球體，橡膠球體里面有嵌入的簾布層，簾布層里面有加固環，加固環也是嵌入在橡膠球體里。兩端法蘭和橡膠接頭兩端接觸，固定約束，橡膠球體和法蘭的一角在球體變形較大時接觸。分析在加載過程中該模型的應力和變形情況。
（2）
Step By Step 建模操作圖文演示
1.
創建幾何模型
2.
創建三種材料屬性和截面屬性
3.
裝配
4.
設置兩個靜態分析步
5.
定義接觸屬性、兩個接觸對和兩個約束
6.
設置pressure類型的載荷
固定一端給另外一端施加位移
7.
劃分網格
8.
提交計算查看結果
整體變形云圖
加固環應力云圖
橡膠應力云圖
整體應力剖面圖
文章來源：FILWTBY
展開 Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析
11月11日，Ansys官方『Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析』研討會為您展開介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，還將簡要介紹Ansys最新收購的聚合物材料建模工具PolymerFEM，感興趣的下滑預約學習??
時間：11月11日（星期二），16：00-17：00
內容簡介：
本次網絡研討會主要介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，聚焦于超彈性本構的選取、基于測試數據的材料參數擬合、非線性計算設置與收斂性調試等關鍵技術。 此外，還將簡要介紹Ansys最新收購的聚合物材料建模工具PolymerFEM。
講師：
韓鎮澤 | Ansys高級應用工程師
具備多年結構有限元仿真在不同領域的應用經驗。專注于PCB封裝結構可靠性方案，以及消費電子、半導體等行業應用。主要負責產品：Mechanical，Sherlock，PolymerFEM。
形式：線上
費用：免費
掃碼立即報名
(web: https://s.jishulink.com/ObT0WL)
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技術鄰簡介：
技術鄰，是一家深耕工科制造業領域逾二十年的專業技術平臺。
我們的服務覆蓋力學、機械、材料、航空、交通運輸、電子電氣、通信、化工、能源、船舶、冶金、建筑土木、水利測繪等眾多專業方向。以CAE仿真為特色和入口，在結構、流體、電磁、熱動力學、工藝、聲、光及加工工藝等領域，擁有深厚的專家資源和項目經驗。累計幫助1200+企業解決制造業研發困擾，100萬+工程師提升專業能力。
展開 ABAQUS橡膠支座仿真：有初始轉角的橡膠隔震支座水平力學性能研究
圖4 水平等效剛度-初始轉角關系曲線
Fig.4 Relationship curves between horizontal equivalent stiffness-initial rotation angle
2 ABAQUS有限元模型
運用大型有限元分析軟件ABAQUS對試件進行建模分析。
2.1 有限元模型的建立
薄鋼板采用Q235鋼，并考慮其實際工作情況，將其視為線彈性，鋼板彈性模量E取2.06×105MPa，泊松比ν取0.3；橡膠本構關系采用Neo-Hookean模型，橡膠剪切模量取0.55MPa，橡膠材料參數C10和D1分別取0.275MPa和0.001MPa；采用六面體單元劃分，薄鋼板采用三維8結點線性六面體非協調單元C3D8I，橡膠材料采用三維8結點線性六面體雜交單元C3D8H[12]，每層橡膠劃分3層單元。支座模型及網格劃分如圖5所示。利用ABAQUS軟件中的解析場功能，通過位移控制來使支座的上表面產生轉角。
圖5 支座模型及網格劃分
Fig.5 Bearing model and mesh generation
2.2 有限元結果與試驗結果對比驗證
利用上述建立的ABAQUS有限元模型，對試件進行數值模擬。模擬結果與試驗結果的對比如表2所示，表中試驗值為10MPa豎向壓力下各試件的水平剛度平均值，模擬值為10MPa豎向壓力下ABAQUS有限元模型的水平剛度模擬值。表2中在轉角為0.005rad、加載方向與轉角垂直時，模擬值與試驗值誤差較大，推測是由試驗誤差造成的。
展開 Abaqus-橡膠材料的Mullins效應
Mullins效應模型：
旨在模擬填充橡膠彈性體在準靜態循環加載下的應力軟化現象；
是對各向同性超彈性模型的擴展；
基于不可壓縮各向同性彈性理論，并通過增加一個稱為損傷變量的單一變量進行修改；
假設只有材料響應的偏量部分與損傷有關；
旨在模擬材料響應的情況，在該情況下，模型的不同部分經歷不同程度的損傷，從而導致不同的材料響應；
當與粘彈性結合使用時，適用于長期模量；并且
不能與滯回現象一起使用；
Mullins效應可應用于Standard和Explicit，同樣可應用于彈性泡沫材料模型。
材料行為
填充橡膠彈性體在循環加載條件下的真實行為非常復雜。為了建模目的，已經進行了某些簡化。實質上，這些簡化使材料行為具有兩個主要組成部分：第一個組成部分描述了材料點（從未變形狀態）在單調應變下的響應，第二個組成部分與損傷有關，并描述了卸載-重新加載行為。理想化的響應和這兩個組成部分在以下各節中進行描述。
理想化的材料行為
當將彈性測試標樣從其原始狀態開始受到簡單拉伸，然后卸載，再重新加載時，重新加載原來的最大應變所需的應力小于初始加載時的應力，這種應力軟化現象稱為Mullins效應，反映了在先前加載過程中遭受的損傷。這種類型的材料響應在圖1中以定量方式描述。
圖1 理想材料模型的Mullins效應
圖1和相關描述是基于Ogden和Roxburgh（1999）的研究工作，這構成了在Abaqus中實現的Mullins效應模型的基礎?？紤]未受應力的材料的主要加載路徑a b b′，其中加載到任意點b′。再從b′的卸載時，路徑b′B a隨之而來。當再次加載時，軟化路徑會被追溯，如a B b'。
展開 Abaqus模擬橡膠材料
輸入橡膠實驗數據（雙軸、等軸、平面），利用abaqus材料評估功能擬合材料曲線。
采用模型以及參數如下：
HYPERELASTICITY - MOONEY-RIVLIN STRAINENERGY
D1 : 0.00000000
C10 : 0.174851734
C01 : 4.275962130E-03
設置材料參數如下：
模型如下（隨手一畫）：一共三個part，一個ding（一個長得像蘑菇的part）、一個ban（模擬地面）、一個xiang_jiao（模擬凳子的馬掌）。截圖展示了ding和它們裝配的product狀態。
分析步：分兩步，第一步將ding打入，第二步將ban壓上來。
均采用靜力通用載荷步
相互作用：創建了一個接觸屬性，摩擦系數0.3 。
‘’馬掌-釘子‘’、‘’地板-馬掌‘’這兩對關系中，其中的應該接觸的和有可能接觸的部分都應該選擇上。
設置剛體約束：將釘子和地面剛化
需要限制馬掌的邊界，取了四分之一減少計算量，圖中紅色面是自由的，馬掌未倒角的稱為底面吧，倒角的稱為頂面，地面與頂面接觸，凳子底采用約束模擬，馬掌底面限制U2=UR1=UR3=0；這意味著將失去對“凳子-馬掌底面”摩擦力的考慮，仿真將失真。
ding_ru（釘入）的時候釘子采用位移邊界條件朝著Y負向移動，此時地面可以不動，此處圖中設置了地面的邊界條件，但是數值設置U1、2、3=UR1、2、3=0，第二步jie_di（接地）才開始動。
馬掌的網格劃分如上圖所示。把需要的地方放上應該有所需數量的網格，盡量避免出現吃瓜網格、師兄網格和公平網格。
網格類型：C3D8H: 八結點線性六面體單元, 雜交, 常壓力.
展開 ABAQUS-橡膠材料建模
這篇文章，我們介紹ABAQUS關于橡膠材料模型的建模方法。
橡膠材料(如熱塑性塑料)主要用于輪胎、消費品、醫療或密封等工業領域的解決方案，但橡膠也存在于許多其他工程領域。今天，我將介紹ABAQUS在密封領域中橡膠模擬的應用，以顯示它高效強大的橡膠建模能力。
在密封領域的設計階段使用仿真手段為解決方案提供指導正在成為一個必要的步驟，可以幫助識別和更好地了解產品的行為。Trelleborg、Parker、Eriks、Lagersmit等密封領域的老牌公司已經使用SIMULIA的ABAQUS有限元分析(FEA)進行了很多應用研究，以幫助它們在開發/測試階段獲得更好的結果。在許多情況下，由于其復雜的幾何形狀和材料特性，在進行實際測試之前，尚不清楚產品的性能。這樣，從實驗中也只能獲得有限的信息，而從數值模擬中可以研究數百個變量，并且可以預測其行為，而不需要付出很大的代價。
建立準確的材料模型
超彈性
在任何有限元分析中，最重要的事情之一就是要對材料有一個很好的描述。橡膠是超彈性材料，他們可以承受很大的變形，而不發生塑性應變。ABAQUS有幾種超彈性材料模型，可以捕捉大多數商業橡膠的響應。描述模型的參數可以很容易地與實驗數據進行擬合和對比。例如，您可以進行拉伸測試，然后在ABAQUS中使用該測試數據作為輸入。內部通過數值擬合自動獲得參數。ABAQUS支持四種實驗：單軸拉伸、等軸拉伸、剪切和體積試驗。
粘彈性
橡膠材料中另一個非常重要的特性叫做粘彈性。隨著時間的推移，材料的行為方式并不相同，而是與歷史有關；隨著時間的推移，聚合物鏈可以相對滑動。在這種情況下，應該提到兩個非常重要的概念：蠕變和應力松弛。蠕變是指在施加恒定的載荷，變形隨著時間的推移而增大，直到達到平衡為止。應力松弛是指施加恒定變形，產生的反作用力隨著時間的推移而下降，直到，再次達到平衡。
展開 Abaqus-橡膠材料的Mullins效應
Mullins效應模型：
旨在模擬填充橡膠彈性體在準靜態循環加載下的應力軟化現象；
是對各向同性超彈性模型的擴展；
基于不可壓縮各向同性彈性理論，并通過增加一個稱為損傷變量的單一變量進行修改；
假設只有材料響應的偏量部分與損傷有關；
旨在模擬材料響應的情況，在該情況下，模型的不同部分經歷不同程度的損傷，從而導致不同的材料響應；
當與粘彈性結合使用時，適用于長期模量；并且
不能與滯回現象一起使用；
Mullins效應可應用于Standard和Explicit，同樣可應用于彈性泡沫材料模型。
材料行為
填充橡膠彈性體在循環加載條件下的真實行為非常復雜。為了建模目的，已經進行了某些簡化。實質上，這些簡化使材料行為具有兩個主要組成部分：第一個組成部分描述了材料點（從未變形狀態）在單調應變下的響應，第二個組成部分與損傷有關，并描述了卸載-重新加載行為。理想化的響應和這兩個組成部分在以下各節中進行描述。
理想化的材料行為
當將彈性測試標樣從其原始狀態開始受到簡單拉伸，然后卸載，再重新加載時，重新加載原來的最大應變所需的應力小于初始加載時的應力，這種應力軟化現象稱為Mullins效應，反映了在先前加載過程中遭受的損傷。這種類型的材料響應在圖1中以定量方式描述。
圖1 理想材料模型的Mullins效應
圖1和相關描述是基于Ogden和Roxburgh（1999）的研究工作，這構成了在Abaqus中實現的Mullins效應模型的基礎?？紤]未受應力的材料的主要加載路徑a b b′，其中加載到任意點b′。再從b′的卸載時，路徑b′B a隨之而來。當再次加載時，軟化路徑會被追溯，如a B b'。
展開 
怎樣在Abaqus中定義橡膠等超彈性材料？
超彈性材料如橡膠等在醫療器材、工業、建筑和國防中隔震、絕緣等方面具有廣泛應用。
橡膠材料的應力-應變行為是彈性的，它們能承受100%的大變形而不產生塑性變形和斷裂，但是具有高度的非線性，在大變形時應力陡然上升。這種材料行為稱為超彈性（hyperelasticity）。
橡膠本構關系非常復雜。在大量的實驗數據的基礎上，人們建立起來很多理論模型來描述橡膠的力學特征。Abaqus有限元軟件在分析橡膠等超彈性材料具有顯著優勢，為用戶提供了多種橡膠材料的本構模型，用戶可以根據實驗數據和材料的力學行為特征做出選擇。通過擬合實驗數據，確定所選本構方程中的系數，這些過程在程序中可自動完成。
由于超彈性體的特殊性質，基于楊氏模量和泊松比所建立的本構模型不再滿足對大變形行為的描述，我們用應變勢能（strain energy/potential）來表達超彈性材料的應力-應變關系。
展開 Abaqus在橡膠超彈性材料的應用實例
問題的提出
本次考核以“銅芯橡膠水套”為考題，考察橡膠超彈性體在受壓情況下的非線性行為（包括了接觸非線性和超彈性材料的材料非線性），其基本結構如下圖所示
在圖中，當鋼制外殼在外力作用下向軸心處移動，壓制橡膠發生變形，最終充滿黃銅外套的凹槽，
2. 模型的簡化與算法
2.1 模型
此模型為軸堆成模型，采用軸對稱模型建立一個平面即可，如下圖所示
計算完成后，將其沿著對稱軸旋轉即可。
2.2算法
鑒于Mooney-Rivlin準則為線性本構，關系簡單，但能夠準確描述變形在150%以內時橡膠的力學行為，因此本例中橡膠材料本構采用Mooney-Rivlin準則，其形式為
在這里，直接采用用戶定義的方法輸入參數（數據值來源寫在數據處理方法中）
各個Part之間采用面面接觸，賦予摩擦系數f=0.36（黃銅和橡膠摩擦系數）
2.3
邊界條件
給鋼外殼施加朝向軸心方向的位移荷載，大小為0.55，如下圖所示。
3. 結果與討論
計算結果如下
文章轉自有限元在線博客，分享給大家學習交流
展開 Abaqus中定義橡膠超彈性材料
關于 Abaqus 中的超彈性材料，還應注意以下問題：
1）Abaqus中默認橡膠材料行為是彈性的、各向同性的；
2）分析過程中必須考慮幾何非線性效應（設置 Nlgeom 為 ON）；
3）對于 Abaqus/Standard 分析，默認情況下假定超彈性材料是不可壓縮的（泊松比等于0.5），為了幫助分析收斂，可以將該值設置為大于0.495；對于 Abaqus/Explicit 分析，默認情況下，假定超彈性材料是接近不可壓縮的（泊松比大于0.475）；
4）Abaqus 采用應變勢能（strain energy potential）來描述超彈性材料的應力-應變關系，而不是采用楊氏模量 E 或泊松比 ；
5）對于根據實驗數據確定的超彈性材料模型，當應變值達到一定程度（變形較大）時，計算過程可能不穩定。Abaqus 通過穩定性檢查來確定可能出現不穩定的應變值大小，并在 DAT 文件中給出相應的警告信息。
6）如果用戶希望快速錄入和確定橡膠材料的力學特性參數，建議大家使用Abaqus軟件內置的Python開發接口實現。
文章來源： 力學與Abaqus仿真
展開 Abaqus中定義橡膠超彈性材料
關于 Abaqus 中的超彈性材料，還應注意以下問題：
1）Abaqus中默認橡膠材料行為是彈性的、各向同性的；
2）分析過程中必須考慮幾何非線性效應（設置 Nlgeom 為 ON）；
3）對于 Abaqus/Standard 分析，默認情況下假定超彈性材料是不可壓縮的（泊松比等于0.5），為了幫助分析收斂，可以將該值設置為大于0.495；對于 Abaqus/Explicit 分析，默認情況下，假定超彈性材料是接近不可壓縮的（泊松比大于0.475）；
4）Abaqus 采用應變勢能（strain energy potential）來描述超彈性材料的應力-應變關系，而不是采用楊氏模量 E 或泊松比 ；
5）對于根據實驗數據確定的超彈性材料模型，當應變值達到一定程度（變形較大）時，計算過程可能不穩定。Abaqus 通過穩定性檢查來確定可能出現不穩定的應變值大小，并在 DAT 文件中給出相應的警告信息。
6）如果用戶希望快速錄入和確定橡膠材料的力學特性參數，建議大家使用Abaqus軟件內置的Python開發接口實現。
文章來源：力學與abaqus仿真
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