abaqus超彈性分析
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-02-27
abaqus超彈性分析的視頻教程
Abaqus非線性分析之超彈性材料
1.本課程對(duì)Abaqus非線性靜力分析進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，重點(diǎn)講解了超彈性材料的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)方法等； 2.結(jié)合案列對(duì)Abaqus中超彈性材料曲線擬合工具進(jìn)行講解； 3.基于Isight-Abaqus聯(lián)合仿真平臺(tái)對(duì)橡膠材料本構(gòu)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。
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Abaqus橡膠超彈性自接觸分析（附CAE模型）
本套視頻著重介紹了在Abaqus中定義橡膠材料的具體方法，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真分析。
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只有操作ABAQUS-橡膠密封材料受壓超彈性分析-2D-3D
典型橡膠材料超彈性本構(gòu)模型及其適用性 橡膠又稱(chēng)為彈性體，包括天然橡膠及合成橡膠，是無(wú)定形的高聚物。橡膠是一種超彈性材料，具有良好的伸縮性和復(fù)原性，被廣泛用作密封、減振部件。相對(duì)于金屬材料的性能表征只需要較少的參數(shù)，橡膠的特性就顯得很錯(cuò)綜復(fù)雜，其物理化學(xué)性能與金屬材料有很大差別。
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abaqus超彈性分析的實(shí)例教程
顯式分析梁?jiǎn)卧?em>超彈性不可用
有次在做一個(gè)張拉整體結(jié)構(gòu)分析時(shí)，為對(duì)比拉力材料對(duì)Tensegrity沖擊動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，我試了尼龍和橡膠材料，并且對(duì)單元類(lèi)型也進(jìn)行了不同的嘗試-Beam/Truss Element，當(dāng)試到B31-超彈性本構(gòu)這個(gè)組合時(shí)，Abaqus返回了一個(gè)ERROR: "Hyperelasticity or hyperfoam is not available with beam elements in Abaqus/Explicit."
Tensegrity分析（Truss）：左-尼龍線，右-橡皮筋
這個(gè)報(bào)錯(cuò)難道是因?yàn)橄鹉z材料的不可壓縮性？帶著疑惑查了查幫助文檔：Abaqus有明確地說(shuō)明超彈性本構(gòu)模型可以用于Standard中的梁?jiǎn)卧珱](méi)有提Explicit梁?jiǎn)卧懿荒苡茫磉_(dá)算是比較模糊，因?yàn)槠渌緲?gòu)模型的介紹中，往往對(duì)于禁用單元講的都比較干脆。
適用于顯式梁?jiǎn)卧?em>超彈性VUAMT
后來(lái)發(fā)現(xiàn)，原來(lái)達(dá)索官方專(zhuān)門(mén)為顯式分析的梁?jiǎn)卧峁┝艘粋€(gè)超彈性本構(gòu)模型的VUMAT，其應(yīng)變能函數(shù)是基于第一不變量I1的描述，可以通過(guò)用戶(hù)提供的單軸名義應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，計(jì)算有限變形框架下的柯西應(yīng)力，不過(guò)目前沒(méi)有將其正式內(nèi)置于Abaqus材料模型中，所以很多人都不知道。
展開(kāi) 模型了解：
本案例所用模型如下：
圖1 模型認(rèn)識(shí)
其中，1為壓塊，結(jié)構(gòu)剛材料，2為橡膠超彈性材料。
有限元分析流程分為3大步、3小步，如下圖所示。
今天將以這種方式介紹使用workbench實(shí)現(xiàn)齒輪嚙合的分析流程。
一、前處理
1.1 幾何模型的構(gòu)建
本案例中的幾何模型較為簡(jiǎn)單，因此直接在abaqus中創(chuàng)建。
本例使用平面應(yīng)力應(yīng)變單元模擬實(shí)體的壓縮過(guò)程，將Module切換到Part模塊，單擊create part創(chuàng)建壓塊部件，部件類(lèi)型選擇2D planar、Deformable、Shell，進(jìn)入草圖環(huán)境，繪制壓塊圖形如圖1，繪制完成后單擊done完成壓塊的創(chuàng)建。繼續(xù)單擊create part創(chuàng)建橡膠部件，部件類(lèi)型也為2D planar、Deformable、Shell，進(jìn)入草圖環(huán)境，繪制橡膠圖形如圖1所示，繪制完成后單擊done退出橡膠的創(chuàng)建。
1.2 材料參數(shù)的定義
1.2.1 材料本構(gòu)
將Module切換到property模塊。單擊create material創(chuàng)建材料，壓塊使用結(jié)構(gòu)剛材料，密度設(shè)置7850kg/m3,楊氏模量為2.1e11Pa，泊松比為0.3。
橡膠使用超彈性材料，使用Mooney-Rivlin本構(gòu)模型。
展開(kāi) 本案例所用模型如下：
其中，上面1為壓塊，結(jié)構(gòu)剛材料，2為橡膠超彈性材料。
有限元分析流程分為3大步、3小步，如下圖所示。
今天將以這種方式介紹使用workbench實(shí)現(xiàn)齒輪嚙合的分析流程。
圖1 模型認(rèn)識(shí)
一、前處理
1.1 幾何模型的構(gòu)建
本案例中的幾何模型較為簡(jiǎn)單，因此直接在abaqus中創(chuàng)建。
本例使用平面應(yīng)力應(yīng)變單元模擬實(shí)體的壓縮過(guò)程，將Module切換到Part模塊，單擊create part創(chuàng)建壓塊部件，部件類(lèi)型選擇2D planar、Deformable、Shell，進(jìn)入草圖環(huán)境，繪制壓塊圖形如圖1，繪制完成后單擊done完成壓塊的創(chuàng)建。繼續(xù)單擊create part創(chuàng)建橡膠部件，部件類(lèi)型也為2D planar、Deformable、Shell，進(jìn)入草圖環(huán)境，繪制橡膠圖形如圖1所示，繪制完成后單擊done退出橡膠的創(chuàng)建。
1.2 材料參數(shù)的定義
1.2.1 材料本構(gòu)
將Module切換到property模塊。單擊create material創(chuàng)建材料，壓塊使用結(jié)構(gòu)剛材料，密度設(shè)置7850kg/m3,楊氏模量為2.1e11Pa，泊松比為0.3。
橡膠使用超彈性材料，使用Mooney-Rivlin本構(gòu)模型。
展開(kāi) 實(shí)例
1、根據(jù)幾何數(shù)據(jù)建立襯套的有限元模型，橡膠與襯管之間用共節(jié)點(diǎn)連接：
2、建立橡膠與內(nèi)外襯管之間的接觸，接觸方式為通用接觸：
3、約束襯套外表面1-6自由度，在內(nèi)套管中心點(diǎn)施加X(jué)向的強(qiáng)制位移：
4、建立Static分析步進(jìn)行靜力分析：
5、分析結(jié)果如下：
X向加載
本文部分內(nèi)容參考：Abaqus官方幫助文檔
文章來(lái)源：汽車(chē)研發(fā)中心
傳統(tǒng)彈弓的威力還是挺強(qiáng)的，隨便拉一下，彈丸就可以達(dá)到40m/s左右，顯然它很危險(xiǎn)，但在Abaqus里面玩還是比較安全的。如下圖的仿真計(jì)算，橡膠帶原長(zhǎng)90mm，凈拉伸100mm（約為最大拉伸量的2/3），釋放的瞬間，彈丸在7ms內(nèi)可加速到37.6m/s。
這速度打到玻璃上肯定是碎了，小時(shí)候干過(guò)的可以舉個(gè)手。
歪果仁發(fā)明了一種更厲害的彈弓pocket shot，速度可以達(dá)到驚人程度，他們?cè)趺醋龅降哪兀?可以計(jì)算一下，同樣是90mm的彈弓，假如凈拉伸長(zhǎng)度70mm，彈丸能達(dá)到多快的速度。
85.1m/s！而且只用了2ms就完成彈丸加速。所以玩歸玩，這東西千萬(wàn)不要打人或小動(dòng)物，會(huì)出事的。
其他拉伸長(zhǎng)度的計(jì)算結(jié)果如下：
將上表的最后兩列畫(huà)成曲線，作為仿真得到的膠皮等效單軸拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如下：
天然橡膠材料的拉伸強(qiáng)度為17MPa，而彈弓上常用的一般是硫化橡膠，具有更高的拉伸強(qiáng)度以及抗撕裂性能，其極限拉伸應(yīng)力不低于25MPa，不過(guò)考慮到橡膠材料循環(huán)加載時(shí)具有Mullin Effect，彈弓拉來(lái)拉去的使用條件下，實(shí)際強(qiáng)度肯定是要折減的，因此這個(gè)數(shù)值應(yīng)該在20MPa左右。回到表格，可以插值出pocket shot實(shí)際極限速度約為105m/s。
這個(gè)仿真結(jié)果和Google到的pocket shot極限速度范圍300-350fps（91.4-106m/s）還是蠻一致的。
展開(kāi) 
abaqus超彈性分析的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
abaqus超彈性分析的最新內(nèi)容
Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析6個(gè)月前
11月11日，Ansys官方『Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析』研討會(huì)為您展開(kāi)介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，還將簡(jiǎn)要介紹Ansys最新收購(gòu)的聚合物材料建模工具PolymerFEM，感興趣的下滑預(yù)約學(xué)習(xí)??
時(shí)間：11月11日（星期二），16：00-17：00
內(nèi)容簡(jiǎn)介：
本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)主要介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，聚焦于超彈性本構(gòu)的選取
3.分析部分
3.1顯示動(dòng)力學(xué)分析方法
采用顯式動(dòng)力學(xué)分析方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，不需要組裝有限元模型整體的剛度矩陣，因此其分析過(guò)程中每一步的計(jì)算成本比隱式分析方法低，且不需要對(duì)每一步分析的結(jié)果進(jìn)行迭代和收斂判斷。因此，對(duì)于大變形問(wèn)題的分析，顯式動(dòng)力學(xué)分析方法更加適用。為了保證顯式動(dòng)力學(xué)分析的結(jié)果可以準(zhǔn)確模擬有限元模型準(zhǔn)靜態(tài)工況下的力學(xué)響應(yīng)，需要選取合適的穩(wěn)定時(shí)間增量步。若穩(wěn)定時(shí)間增量步太大，則會(huì)導(dǎo)致模型的動(dòng)能大于內(nèi)能
如果不考慮損傷等效應(yīng)，橡膠材料是彈性的（卸載后沒(méi)有殘余應(yīng)變），但應(yīng)力-應(yīng)變曲線不是線性的，即所謂的“超彈性”。Abaqus 幫助文檔《Getting Started with Abaqus：Interactive Edition》第10.6節(jié)“
Hyperelasticity
”介紹了超彈性的基本知識(shí)，第10.7節(jié)“
Example: axisymmetric mount
”給出了一個(gè)橡膠材料模型的實(shí)例
先上效果：
引言：
目前Abaqus支持的橡膠材料本構(gòu)模型包含以下幾種：
Arruda-Boyce模型
Marlow模型
Mooney-Rivlin模型
Neo Hooke模型
Ogden模型
Polynomial模型
密封圈是一種常用的密封元器件，具有制造簡(jiǎn)單、使用方便、成本低廉等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工、機(jī)械和宇航領(lǐng)域。由于橡膠材料具有超彈性能，當(dāng)受到較大外載時(shí)，表現(xiàn)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(qiáng)大的工程模擬的有限元軟件，其解決問(wèn)題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問(wèn)題。ABAQUS
如果不考慮損傷等效應(yīng)，橡膠材料是彈性的（卸載后沒(méi)有殘余應(yīng)變），但應(yīng)力-應(yīng)變曲線不是線性的，即所謂的“超彈性”。Abaqus 幫助文檔《Getting Started with Abaqus：Interactive Edition》第10.6節(jié)“
Hyperelasticity
”介紹了超彈性的基本知識(shí)，第10.7節(jié)“
Example: axisymmetric mount
”給出了一個(gè)橡膠材料模型的實(shí)例
關(guān)鍵詞：Mullins效應(yīng) 永久變形 應(yīng)變循環(huán)
材料損傷 能量耗散 材料校準(zhǔn)
1. 問(wèn)題描述及材料校準(zhǔn)
實(shí)心圓盤(pán)的外徑3in，內(nèi)徑1.75in，厚度0.7in。使用對(duì)稱(chēng)模型生成功能建立三維模型，單元類(lèi)型為一階縮減積分四面體單元(C3D8R)，同時(shí)使用增強(qiáng)沙漏控制選項(xiàng)。材料屬性包括Mullins效應(yīng)、永久變形(用金屬塑性材料模型模擬
超彈性材料如橡膠等在醫(yī)療器材、工業(yè)、建筑和國(guó)防中隔震、絕緣等方面具有廣泛應(yīng)用。
橡膠材料的應(yīng)力-應(yīng)變行為是彈性的，它們能承受100%的大變形而不產(chǎn)生塑性變形和斷裂，但是具有高度的非線性，在大變形時(shí)應(yīng)力陡然上升。這種材料行為稱(chēng)為超彈性（hyperelasticity）。
橡膠本構(gòu)關(guān)系非常復(fù)雜。在大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，人們建立起來(lái)很多理論模型來(lái)描述橡膠的力學(xué)特征
超彈性材料如橡膠等在工業(yè)、建筑和國(guó)防中隔震、絕緣等方面具有廣泛應(yīng)用，如汽車(chē)懸置、艦船、航天器隔振器等。
橡膠材料的應(yīng)力-應(yīng)變行為是彈性的，它們能承受100%的大變形而不產(chǎn)生塑性變形和斷裂，但是具有高度的非線性
該示例問(wèn)題是使用耦合孔隙壓力熱單元在組合結(jié)構(gòu)熱載荷下對(duì)正常壓力腦積水進(jìn)行的非線性分析。該問(wèn)題顯示了如何在法向壓力和熱載荷的組合下，通過(guò)使用超彈性材料的耦合單元來(lái)求解位移、孔隙壓力和溫度。
重點(diǎn)介紹了以下特性和功能：
• 多孔介質(zhì)
• 耦合孔隙壓力熱機(jī)械固體單元
介紹和問(wèn)題描述
腦積水是一種腦部疾病，其中腦室擴(kuò)張并壓迫實(shí)質(zhì)。
參考文獻(xiàn)說(shuō)明了正常壓力腦積水患者通過(guò)計(jì)算機(jī)斷層掃描
