abaqus超彈性分析的案例
【子程序】Abaqus顯式分析梁單元超彈性VUMAT
顯式分析梁單元超彈性不可用
有次在做一個張拉整體結(jié)構(gòu)分析時，為對比拉力材料對Tensegrity沖擊動態(tài)響應的影響，我試了尼龍和橡膠材料，并且對單元類型也進行了不同的嘗試-Beam/Truss Element，當試到B31-超彈性本構(gòu)這個組合時，Abaqus返回了一個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
這個報錯難道是因為橡膠材料的不可壓縮性？帶著疑惑查了查幫助文檔：Abaqus有明確地說明超彈性本構(gòu)模型可以用于Standard中的梁單元，但沒有提Explicit梁單元能不能用，表達算是比較模糊，因為其他本構(gòu)模型的介紹中，往往對于禁用單元講的都比較干脆。
適用于顯式梁單元的超彈性VUAMT
后來發(fā)現(xiàn)，原來達索官方專門為顯式分析的梁單元提供了一個超彈性本構(gòu)模型的VUMAT，其應變能函數(shù)是基于第一不變量I1的描述，可以通過用戶提供的單軸名義應力-應變數(shù)據(jù)，計算有限變形框架下的柯西應力，不過目前沒有將其正式內(nèi)置于Abaqus材料模型中，所以很多人都不知道。
展開 Abaqus超彈性材料分析 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷下載
模型了解：
本案例所用模型如下：
圖1 模型認識
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單，因此直接在abaqus中創(chuàng)建。
本例使用平面應力應變單元模擬實體的壓縮過程，將Module切換到Part模塊，單擊create part創(chuàng)建壓塊部件，部件類型選擇2D planar、Deformable、Shell，進入草圖環(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，部件類型也為2D planar、Deformable、Shell，進入草圖環(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 Abaqus超彈性材料分析
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實現(xiàn)齒輪嚙合的分析流程。
圖1 模型認識
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單，因此直接在abaqus中創(chuàng)建。
本例使用平面應力應變單元模擬實體的壓縮過程，將Module切換到Part模塊，單擊create part創(chuàng)建壓塊部件，部件類型選擇2D planar、Deformable、Shell，進入草圖環(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，部件類型也為2D planar、Deformable、Shell，進入草圖環(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 ANSA-Abaqus實例分享－基于Test Data的橡膠襯套超彈性分析
實例
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)套管中心點施加X向的強制位移：
4、建立Static分析步進行靜力分析：
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
文章來源：汽車研發(fā)中心
Abaqus/Explicit超彈性分析告訴你
傳統(tǒng)彈弓的威力還是挺強的，隨便拉一下，彈丸就可以達到40m/s左右，顯然它很危險，但在Abaqus里面玩還是比較安全的。如下圖的仿真計算，橡膠帶原長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，小時候干過的可以舉個手。
歪果仁發(fā)明了一種更厲害的彈弓pocket shot，速度可以達到驚人程度，他們怎么做到的呢？
可以計算一下，同樣是90mm的彈弓，假如凈拉伸長度70mm，彈丸能達到多快的速度。
85.1m/s！而且只用了2ms就完成彈丸加速。所以玩歸玩，這東西千萬不要打人或小動物，會出事的。
其他拉伸長度的計算結(jié)果如下：
將上表的最后兩列畫成曲線，作為仿真得到的膠皮等效單軸拉伸應力-應變曲線如下：
天然橡膠材料的拉伸強度為17MPa，而彈弓上常用的一般是硫化橡膠，具有更高的拉伸強度以及抗撕裂性能，其極限拉伸應力不低于25MPa，不過考慮到橡膠材料循環(huán)加載時具有Mullin Effect，彈弓拉來拉去的使用條件下，實際強度肯定是要折減的，因此這個數(shù)值應該在20MPa左右。回到表格，可以插值出pocket shot實際極限速度約為105m/s。
這個仿真結(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 怎樣在Abaqus中定義橡膠等超彈性材料？橡膠產(chǎn)品仿真分析怎么做？
超彈性材料如橡膠等在工業(yè)、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(chǎn)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(gòu)關系非常復雜。在大量的實驗數(shù)據(jù)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(yōu)勢，為用戶提供了多種橡膠材料的本構(gòu)模型，用戶可以根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和材料的力學行為特征做出選擇。通過擬合實驗數(shù)據(jù)，確定所選本構(gòu)方程中的系數(shù)，這些過程在程序中可自動完成。
由于超彈性體的特殊性質(zhì)，基于楊氏模量和泊松比所建立的本構(gòu)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 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(jié)構(gòu)簡單的橡膠制品，我們可以基于一些理論推導或工程經(jīng)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(jié)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(yè)應用價值。
為減小誤差或?qū)崿F(xiàn)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(shù)與網(wǎng)格質(zhì)量實現(xiàn)較小誤差的預測計算。其價值也在各個行業(yè)實際的生產(chǎn)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(qū)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(wǎng)格、加載、作業(yè)提交與監(jiān)管以及計算結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)圖
二、屬性
為了使仿真結(jié)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(zhì)量的網(wǎng)格文件，更需要選擇一個合適的橡膠本構(gòu)模型，在ABAQUS軟件中內(nèi)置了許多相對成熟的橡膠本構(gòu)模型（如圖2所示），我們可以通過指定相關的系數(shù)來實現(xiàn)本構(gòu)模型的定義,當然我們還可以直接提交我們的試驗數(shù)據(jù)，交由ABAQUS軟件進行擬合，得出相對精準的參數(shù)。
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(jù)實驗數(shù)據(jù)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(wěn)定。Abaqus 通過穩(wěn)定性檢查來確定可能出現(xiàn)不穩(wěn)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(shù)，建議大家使用Abaqus軟件內(nèi)置的Python開發(fā)接口實現(xiàn)。
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(jù)實驗數(shù)據(jù)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(wěn)定。Abaqus 通過穩(wěn)定性檢查來確定可能出現(xiàn)不穩(wěn)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(shù)，建議大家使用Abaqus軟件內(nèi)置的Python開發(fā)接口實現(xiàn)。
文章來源：力學與abaqus仿真
展開 超彈性本構(gòu)（INTESIM&ABAQUS）
計算軟件:INTESIM
超彈性本構(gòu)Mooney-Rivlin，材料參數(shù)C10=0.183175，C01=0.00358781，D1=0.001，屬于幾乎不可壓縮問題，采用雜交元，對標ABAQUS中C3D8H單元。
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(yī)療器材、工業(yè)、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(chǎn)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(gòu)關系非常復雜。在大量的實驗數(shù)據(jù)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(yōu)勢，為用戶提供了多種橡膠材料的本構(gòu)模型，用戶可以根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和材料的力學行為特征做出選擇。通過擬合實驗數(shù)據(jù)，確定所選本構(gòu)方程中的系數(shù)，這些過程在程序中可自動完成。
由于超彈性體的特殊性質(zhì)，基于楊氏模量和泊松比所建立的本構(gòu)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(jié)構(gòu)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(fā)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(zhuǎn)即可。
2.2算法
鑒于Mooney-Rivlin準則為線性本構(gòu)，關系簡單，但能夠準確描述變形在150%以內(nèi)時橡膠的力學行為，因此本例中橡膠材料本構(gòu)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?yún)?shù)（數(shù)據(jù)值來源寫在數(shù)據(jù)處理方法中）
各個Part之間采用面面接觸，賦予摩擦系數(shù)f=0.36（黃銅和橡膠摩擦系數(shù)）
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(jié)果與討論
計算結(jié)果如下
文章轉(zhuǎn)自有限元在線博客，分享給大家學習交流
展開 abaqus_超彈性橡膠圓盤的Mullins效應和永久變形
定義
運動耦合
、平滑幅值、漸進損傷穩(wěn)態(tài)分析
的關鍵字如下：
** 定義運動耦合*COUPLING,CONSTRAINT=耦合名稱,REFNODE=參考節(jié)點編號,SURFACE=要耦合的面*KINEMATIC起始自由度,結(jié)束自由度** 定義顯式分析的平滑幅值*amplitude, definition=smooth step, name = 加載幅值名稱 0.0, 0.0, 1.0, 1.0*amplitude, definition=smooth step, name = 卸載幅值名稱 0.0, 1.0, 1.0, 0.0** 定義漸進損傷穩(wěn)態(tài)分析*STEADY STATE TRANSPORT,MULLINS=RAMP初始子步長,步長,
2. 結(jié)果及討論
下圖是該單元的應力-應變曲線與試驗數(shù)據(jù)的對比，其中分別是超彈性試驗數(shù)據(jù)、0.099/0.26/0.51應力水平的變形循環(huán)數(shù)據(jù)、單元應力-應變曲線。在.dat文件中得到Y(jié)eoh超彈性模型的參數(shù)C
10
=191.32，C
20
=4.94，C
30
=0.53，并使用微小的可壓縮參數(shù)D
1
=5E-6(顯式分析中為5E-5)。在后續(xù)計算中，超彈性通過輸入以上參數(shù)實現(xiàn)，但Mullins效應屬性和永久變形屬性則直接通過輸入試驗數(shù)據(jù)實現(xiàn)。因為在計算過程中，Abaqus會自動進行材料數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。可以看出在指定的應力水平下，分析得到的卸載/加載循環(huán)是單一曲線，這與試驗數(shù)據(jù)不同。
展開 Abaqus超彈性硅橡膠壓縮仿真案例講解
Abaqus超彈性硅橡膠壓縮仿真案例講解
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(nèi)容簡介：
本次網(wǎng)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(gòu)的選取、基于測試數(shù)據(jù)的材料參數(shù)擬合、非線性計算設置與收斂性調(diào)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(zhèn)澤 | Ansys高級應用工程師
具備多年結(jié)構(gòu)有限元仿真在不同領域的應用經(jīng)驗。專注于PCB封裝結(jié)構(gòu)可靠性方案，以及消費電子、半導體等行業(yè)應用。主要負責產(chǎn)品：Mechanical，Sherlock，PolymerFEM。
形式：線上
費用：免費
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(web: https://s.jishulink.com/ObT0WL)
- -THE END- -
技術鄰簡介：
技術鄰，是一家深耕工科制造業(yè)領域逾二十年的專業(yè)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(yè)方向。以CAE仿真為特色和入口，在結(jié)構(gòu)、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(jīng)驗。累計幫助1200+企業(yè)解決制造業(yè)研發(fā)困擾，100萬+工程師提升專業(yè)能力。
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