abaqus超彈體仿真的案例
計算方法 | 淺析橡膠超彈體與粘彈性仿真(超彈篇)
付穌昇
仿真 xiu專欄作者
本文主要依據個人之前學習和工作積累進行橡膠類超彈體材料本構模型在CAE仿真計算的技術簡要整理，由于非此類科學技術計算專業工程人員，唯恐出錯以致誤導，誠懇大家辨別學習，但還是愿意以此種方式進行編寫分享以能給那些曾經如我一樣沒人指導和參與培訓學習的朋友。
很早之前就曾想過把CAE仿真中對于超彈體和粘彈性計算的準備和部分流程方法進行一個分類整理并分享出來。但自身僅做為機械工程普通從業人員，又不是專業的高分子材料仿真從事人員，底氣始終是少了一點，即使曾經很長一段時間自學過相關理論和做過不少相關計算模型，所幸主導過百萬費用級橡膠密封計算項目，但始終怕誤導剛入門這方面仿真的朋友，遲遲不敢下筆。
幾天前，仿真 xiu平臺一句“如果說是真心的分享技術，那么讀者自然會有自己的理解和判斷，無須擔心”，打消了我的顧慮。所以以這種心態利用閑散時間對超彈體和粘彈性計算的CAE仿真初步工作做一個整理，若是對部分讀者有所幫助，那就是莫大的欣慰。本文分為兩個篇幅，第一個篇幅進行橡膠類超彈體本構仿真計算的內容簡述，另一個篇幅簡述粘彈性仿真計算的準備工作。
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ABAQUS橡膠墊圈的超彈性及應力松弛行為的仿真教程
由于橡膠材料具有超彈性能，當受到較大外載時，表現出高度非線性的特性，往往使得密封圈的精確仿真求解十分困難。
ABAQUS 是一套功能強大的工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。ABAQUS 包括一個豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫。并擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質材料，作為通用的模擬工具， ABAQUS 除了能解決大量結構（應力/位移）問題，還可以模擬其他工程領域的許多問題，例如熱傳導、質量擴散、熱電耦合分析、聲學分析、巖土力學分析（流體滲透 / 應力耦合分析）及壓電介質分析。
橡膠密封墊的密封性常用表面接觸應力大小來表示，其力學行為常用超彈性本構模型來描述，同時橡膠具有黏彈性特性，在長期受壓狀態下，會出現力學松弛現象。
本篇文章展示ABAQUS軟件在仿真橡膠墊的超彈性變形行為及應力松弛現象的功能，應力釋放模型采用應力釋放實驗數據，超彈性模型為Mooney-Rivlin超彈性力學模型：
在軟件進行模型裝配，裝配后如圖1所示。先對上模具施加位移，待橡膠密封墊片獲得一定應力場后再仿真應力釋放過程，分別采用靜力隱身和粘性分析步，然后設置場變量和歷史變量輸出，分別如圖2和圖3所示。
圖1 模型裝配圖
圖2 變量輸出
圖3 歷史變量輸出
定義上下模具與橡膠密封墊，摩擦系數為0.16，定義好之后如圖4所示。
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Abaqus超彈性硅橡膠壓縮仿真案例講解
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。
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