abaqus材料剛度的案例
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 材料力學中強度和剛度的理解
且對于材料則進入了塑形屈服的
破壞階段，在進入強化階段后，應變隨應力的增加而增加，最后到達強度極限。由此可見關于強度的測量是在于材料彈性形變之后而強度極限之前。
綜上，可得出剛度與強度都是在對于零件失效階段的測量值，而剛度可以依靠應力來測量，強度可以依靠變形來測量，在應變過程中剛度在前一階段而強度在后階段，所以在零件失效的條件測量中，只要滿足了剛度要求，在彈性變形階段就可以抵抗足夠的應力，而強度在這樣的前提下也就滿足了零件的要求。按照這樣的關系，才會有在實際的生產中的各類設計，例如機械設備中的軸，通常是先按強度條件確定軸的尺寸，再按剛度條件進行剛度校核。精密機械對于軸的剛度要求也就因此而設定得很高，其截面尺寸的設計往往由剛度條件控制。
—End—
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在HyperLaminate計算復合材料ABD剛度矩陣
首先導入模型，創建好需要進行ABD剛度矩陣計算的pcomp屬性，在HyperMesh2d面板下選擇HyperLaminate
進入HyperLaminate面板
怎樣理解材料力學中的強度和剛度的
剛度類型：
當所作用的載荷是恒定載荷時稱為靜剛度;為交變載荷時則稱為動剛度。靜剛度主要包括結構剛度和接觸剛度。結構剛度即指構件自身的剛度，主要有彎曲剛度和扭轉剛度。
1. 彎曲剛度：按下式計算：
式中 P——靜載荷(N);
δ——在載荷方向的彈性變形(μm)。
2. 扭轉剛度按下式計算：
式中 M——作用的扭矩(N·m);
L——扭矩作用處到固定端的距離(m);
θ——扭轉角(°)
三、兩者聯系
通過對上述關于強度和剛度的理論理解，相對于剛度，強度的定義針對的是外力作用下的破壞，而破壞類型的分類為塑形屈服及脆性斷裂，由此聯想到拉伸時的應力應變曲線。如圖所示。
圖中曲線可分為四個階段：
I、彈性變形階段；
II、屈服階段；
III、強化階段；
IV、局部頸縮階段。
而剛度的定義是在于抵抗彈性變形，是在第一階段下進行的，彈性作用下滿足胡克定律，觀察靜載荷下彎曲剛度與扭轉剛度的計算公式，類似于胡克定律，可推測剛度的測量僅僅在彈性變形階段進行。
在進入下一階段后，對于拉伸過程中塑形應變火殘余應變不會消失，在應力應變曲線下，應力幾乎不變，而應變顯著增加，此時應力為屈服極限。且對于材料則進入了塑形屈服的
破壞階段，在進入強化階段后，應變隨應力的增加而增加，最后到達強度極限。由此可見關于強度的測量是在于材料彈性形變之后而強度極限之前。
展開 
怎樣理解材料力學中的強度和剛度
剛度類型
當所作用的載荷是恒定載荷時，稱為靜剛度；為交變載荷時，則稱為動剛度。靜剛度主要包括結構剛度和接觸剛度，結構剛度即指構件自身的剛度，主要有彎曲剛度和扭轉剛度。
彎曲剛度按下式計算：
式中，P 為靜載荷(N)，δ 為在載荷方向的彈性變形(μm)。
扭轉剛度按下式計算：
式中，M 為作用的扭矩(N·m)，L 為扭矩作用處到固定端的距離(m)，θ 為扭轉角(°)。
三、兩者聯系
通過對上述關于強度和剛度的理論理解，相對于剛度，強度的定義針對的是外力作用下的破壞；而破壞類型的分類為塑性屈服及脆性斷裂，由此聯想到拉伸時的應力應變曲線。如圖所示：
圖中曲線可分為四個階段：
I、彈性變形階段；
II、屈服階段；
III、強化階段；
IV、局部頸縮階段。
而剛度的定義是在于抵抗彈性變形，是在第一階段下進行的，彈性作用下滿足胡克定律，觀察靜載荷下彎曲剛度與扭轉剛度的計算公式，類似于胡克定律，可推測剛度的測量僅僅在彈性變形階段進行。
在進入下一階段后，對于拉伸過程中塑形應變或殘余應變不會消失，在應力應變曲線下，應力幾乎不變，而應變顯著增加，此時應力為屈服極限，且對于材料則進入了塑性屈服的破壞階段。在進入強化階段后，應變隨應力的增加而增加，最后到達強度極限。由此可見，關于強度的測量是在材料彈性形變之后而強度極限之前。
展開 縫合復合材料剛度性能有限元分析 ￥48
5.3剛度性能
本模型所得材料剛度性能參數見表3。
E1/GPa
117.26
E2/GPa
11
E3/GPa
12.83
G12/GPa
5.73
μ21
0.11
μ31
0.33
μ32
0.34
表中數據與文獻數據接近。
附上參考文獻：
參考文獻.pdf
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南京大學李承輝教授課題組CEJ：粘性可調的變剛度復合材料
圖1 SMP的合成與氫鍵作用以及SMP/GNs復合材料的制備
對材料進行拉伸測試與流變學測試可知，復合材料的機械強度對溫度具有高度敏感性，其模量大小隨溫度升高而減小，說明材料具有優良的變剛度性質。同時溫度循環流變測試表明材料的變剛度性具有可循環性和高重復性的特征(圖2)。
圖2 SMP/GNs復合材料的機械性質與流變學性質
對材料進行粘合性測試，制備的復合材料對多種表面(如鋼、鐵、玻璃等)具有優異的粘合性質，其中對玻璃的剪切粘接強度可達6.48 MPa，并且可重復多次使用。通過熱壓冷卻的方式使用SMP/GNs將兩塊鋼板粘合起來，0.2 g的粘合劑便可承載20 kg以上的重量(圖3)。
圖3 SMP/GNs復合材料的粘合性質
由于基體材料SMP的多氫鍵和變剛度性質，在加熱時體系中部分羧基與氨基暴露出來，與物體表面發生作用，產生粘附性。而當溫度過高時，由于氫鍵解離材料自身模量下降，導致粘附性變弱。通過不同溫度下復合材料的粘附力測試，表明粘附力隨溫度升高具有先上升后下降的特性(圖4)。
圖4 溫度對SMP/GNs復合材料粘合性質的影響
利用復合材料粘附力隨溫度變化的性質，研究團隊基于SMP/GNs制作出簡易的電驅動夾持器，施加電壓便可粘附不同形狀的物體。此外，通過改變施加電壓的大小，還可以實現對物體的粘附與剝離，為電驅動萬用夾持器的設計提供了新的方案(圖5)。
展開 【ABAQUS模態動力學】Composite&abaqus 預應力模態分析&輸出單元剛度矩陣
Therefore, all the eigenvalues are imaginary, and the eigenvalue problem can still be written as above equation
5.預應力模態
abaqus的目的就是求解線性系統的固有頻率和主振型；根據上文，可以看出求解是特征值問題時，能影響求解結果的因素只有：1)質量矩陣M；2)剛度矩陣K；
以我所知，材料密度會影響M矩陣；K矩陣受結構系統的約束情況(Boundary condition)，材料本構關系，接觸情況等影響。
雖然特征值提取是一個線性分析步，不考慮非線性情況.接觸屬于狀態非線性，但也可以在ABQUS model中設定。ABAQUS求解器有處理這種情況的辦法。
模態分析中不支持施加load；也不能施加熱載荷；但是溫度能影響材料屬性，進而影響M,K矩陣。
5.1 模態分析的一般步驟
A.
展開 捷豹路虎研發新復合材料，剛度提升30%
近日，捷豹路虎正在開展一項輕質復合材料的研究工作，這種材料計劃在2022年推出，未來或許會應用在電動汽車上。據車叔了解，這種新型材料中包含了碳纖維和玻璃纖維，不僅能減輕車身的重量，還能讓車身剛度提升30%，這就使得采用該材料的電動汽車在操控、續航以及碰撞測試方面有了極大提升。
就目前而言，捷豹只有I-PACE一款純電動車型，不過捷豹計劃接下來還將推出XJ純電版以及J-PACE純電版車型，而J-PACE純電版車型極有可能是一款大型SUV，未來會與特斯拉MODEL X等車型產生直接競爭。此外，海外網站也曝光出路虎ROAD ROVER純電動車型的渲染圖，新車或許會在2022年亮相。
捷豹路虎研發經理Marcus Henry表示：“汽車車身結構的輕量化研究和推進動力總成零排放相得益彰，是捷豹路虎持續推進電動化的重要環節。通過更廣泛的技術運用，該項目將真正實現電動汽車的環保價值，并推動捷豹路虎和英國供應鏈體系在低碳科技領域處于世界領先地位。”
展開 ABAQUS 剛度矩陣 ￥1000
我有個abaqus的問題，你們幫幫我出出主意。 是這樣的：
1，TestElement.py 是編寫的測試代碼，可輸出8結點線性單元的剛度矩陣。
2，abaqus文件Job-testing.inp ，運行可以輸出單元剛度矩陣。
問題是：他們的結點坐標/排序，材料參數都一致， 但得到的剛度矩陣就不一樣。
需要：代碼輸出的剛度矩陣與abaqus得到的剛度矩陣一致或者基本一致。
基于TSDT與DQM的高階氣動彈性求解器：復合材料變剛度/變厚度非線性顫振分析
針對傳統商業有限元在處理變剛度復合材料（VSCL）與變厚度幾何時存在的網格畸變、計算耗時長、非線性極易發散等痛點，本人開發了一套基于 MATLAB 的高階半解析氣動彈性求解器。
本求解器直接基于連續介質力學方程進行離散，可實現復合材料板殼/懸臂翼面的極速參數掃描與深區非線性分岔追蹤。現分享部分計算結果，并承接相關復雜工況的定制計算與數據圖表輸出。
一、 核心理論框架
結構本構： 采用三階剪切變形理論（TSDT），精準計及蜂窩軟芯等夾層結構的橫向剪切效應，避免一階理論（FSDT）的非保守性誤差。
氣動模型： 基于超聲速一階活塞理論。
數值離散： 采用梯形/任意四邊形域等參映射，結合算子化微分求積法（DQM），以極少的網格節點實現高精度全局離散，徹底消除有限元長寬比災難。
二、 求解器核心功能邊界
復雜特征兼容： 支持曲線纖維變剛度路徑空間分布、支持展向厚度漸縮/雙楔形截面、支持各種經典邊界條件（懸臂、簡支等）。
線性頻域分析： 極速提取復特征值，繪制高分辨率 V-g / V-f 根軌跡圖。支持多約束下的全參數空間顫振邊界尋優。
非線性時域分析（核心優勢）： 基于 von Kármán 大變形假設，采用時域雙軌分岔追蹤法。可穩定提取極限環振蕩（LCO）幅值分岔拓撲。
深區高維相空間分析： 支持深度超臨界區的高次諧波 FFT 分析、繪制龐加萊截面、捕捉吸引盆分裂與模態躍遷。
三、 業務對接
本求解器運行效率極高，單工況特征值提取僅需數秒。
如果您課題組遇到商業軟件不收斂、或者急需底層數據支撐機理分析，歡迎私信聯系。
展開 
TransferMatrix：導出Abaqus剛度矩陣
本期給大家推薦一款由木木自研的小工具：TransferMatrix，主要用于導出 Abaqus 中各種剛度矩陣，方便和自研的程序進行實時對比，基于 Pyside6 搭建的軟件界面，用戶僅需導入 inp 文件，就可以自動調用電腦內的 Abaqus 進行計算分析，不受限于 Abaqus 版本，可以導出：
單元剛度矩陣
單元質量矩陣
單元分布節點荷載列陣
整體剛度矩陣
整體質量矩陣
可選是否導出后打開 Matlab ，并保存為 mat 文件
默認保存的格式為 csv，用戶可以直接在TransferMatrix 中查看
可選是否保存整體剛度/質量矩陣為稀疏矩陣/全矩陣形式
軟件界面見下圖：
若勾選導出后打開matlab，可直接查看：
軟件實現原理
使用注意事項
軟件啟動速度較慢，需要有點耐心，鄙人對于 PySide 的打包技術認識有限
若 inp 文件內沒有密度參數，是不能導出質量矩陣的，建議在動力類型的分析步中進行導出質量矩陣
非協調單元和雜交單元只能輸出質量矩陣
在輸出載荷列陣時，Abaqus 產生的是單元節點的分布載荷，如果沒有這中載荷類型，也是無法導出的
建議再導入 inp 文件之前，確保這個文件能在 Abaqus 上跑通，本軟件只是負責轉換剛度矩陣
不支持在TransferMatrix 中查看整體剛度/質量矩陣，因為一般情況下全局矩陣尺寸很大，可選擇導出至 Matlab 中進行查看
如果出現風險提示，請選擇信任：
軟件同級目錄放置的config.json文件，里面配置的是本地的 abaqus.bat 和 matlab.exe 目錄，建議用 everything 工具搜索出這兩個的安裝位置，復制進去即可。
展開 加州理工Chiara Daraio教授和南洋理工王一凡教授Nature：3D打印可控制剛度的智能穿戴材料
大部分智能穿戴材料通過集成電子元件和感應器來達到測量和通訊的目的。然而，這些穿戴材料的力學特性在制造以后通常是不可變的。可控剛度織物在軟的狀態下可以作為柔性的可穿戴材料，變硬以后能夠起到保護和支撐作用。這種先進材料可廣泛應用于醫療器件，外骨骼設備，機器人等領域中。
8月11日，美國加州理工學院Chiara Daraio教授和新加坡南洋理工大學機械航空學院王一凡教授合作在頂級綜合期刊《Nature》上發表了一種基于拓撲互鎖顆粒材料的可3D打印智能織物。該織物由古代的鏈甲（鎖子甲）啟發，由三維結構顆粒之間的拓撲互鎖連接而成。將該織物封裝進柔性氣囊并加負壓后，互鎖顆粒之間的接觸點數急劇增加形成阻塞相變（jamming transition），大幅提高織物的剛度和強度。南洋理工大學王一凡助理教授（原加州理工博士后）和加州理工博士生李柳池為論文共同一作，加州理工學院Chiara Daraio教授為論文通訊作者。
圖一 拓撲互鎖智能織物的示意圖以及剛度的控制
如圖一所示，設計好的智能織物由中空的正八邊形顆粒組成，并可以用激光燒熔打印技術(Selected Laser Sintering)將整張織物一次打印。由于顆粒中空的架構，整張織物密度很小（~0.2g/cm3），與傳統織物類似，并且相當柔軟。當織物封裝于柔性氣囊并加負壓后，剛度增加25倍以上并能承受大于本身50倍的重量。
圖二 不同顆粒架構形成的織物彎曲剛度和顆粒接觸點數的關系。
展開 基于ABAQUS的鋼筋混凝土梁的剛度分析
鋼筋混凝土是由兩種性質不同的材料——— 混凝土與鋼筋組合而成, 其性質復雜, 材料非線性與幾何非線性常同時存在, 用傳統的解析方法來分析與描述則非常困難。然而, 近幾十年來隨著電子計算機技術的飛速發展與非線性有限元理論的日臻完善, 有限元作為一個強有力的數值分析工具, 在鋼筋混凝土非線性分析中顯示出越來越強大的實用性、可行性與方便性。
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。
本文采用ABAQUS簡單搭建鋼筋混凝土結構有限元模型，解決工程實際問題。本文對某鋼筋混凝土模型進行模擬，采用實體單元（混凝土）與Beam單元（鋼筋）相結合的方式進行模擬。首先導入模型，劃分實體網格和一維梁單元。建立材料和截面，分為實體和一維梁單元。然后將材料賦予個模型，進行網格劃分。然后加載，簡支梁模型，約束兩端下部，在上部施加均勻壓力。最后求解計算。
由結果處理可知，鋼筋混凝土梁的最大位移為2.55cm，可以達到模擬效果。ABQUS可以有效模擬鋼筋混凝土模型，對工程實際有很大的參考指導意義。
設備基本情況：i5 4核 ；耗時：10分鐘內。
展開 基于ABAQUS的橡膠懸置膠合件剛度仿真計算
然而由于橡膠懸置復雜多變的結構形狀以及橡膠材料復雜的非線性特性，目前并沒有理想的模型或解析公式可以準確地描述其彈性特性與結構參數之間的關系，因而橡膠懸置的結構設計也沒有確定的方法，大多采用經驗設計和試驗修正的方法。
本文將以一個懸置膠合件仿真的實例講解一下如何利用ABAQUS來獲取其三個方向的靜態特性。所用膠合件的數模圖如圖1所示。其設計圖紙上標注的三向剛度如表1所示，膠料硬度是邵氏50±5度。
圖1 膠合件結構
表1設計要求
1、 網格劃分
采用HYPERMESH對圖一懸置進行網格劃分到的有限元模型如圖2所示。
2、材料設置
把劃分好的網格導入ABAQUS中，設置其材料參數，由于不同本構模型對橡膠懸置膠合件剛度計算結果有一定的影響。結合何小靜，上官文斌發表的《橡膠隔振器靜態力－ 位移關系計算方法》一文的研究結果表明，Mooney-Rivlin 模型的計算精度最高，其相對誤差均小于10%，所以本文采用M-R模型進行計算。50度膠料的M-R材料常數C10=0.2969，C01=0.0584。
3、剛度求解
3.1求解X方向剛度
按表 1要求，做如下設置：在Z方向先預載8mm，再在X向加載500N。取值0~5.6mm,對X向靜剛度進行求解。
求得的力和位移關系見表2所示，用表中數據進行畫圖差值可得到圖3所示的X向靜剛度為38N/mm,與設計值非常接近，其變形云圖見圖4所示
表2 X向力和位移關系表
圖3 X向剛度差值結果
圖4 X向云變形圖
3.2求解Y方向剛度
按表 1要求，做如下設置：在Z方向先預載8mm，再在X向加載1000N。取值2~4mm,對Y向靜剛度進行求解。
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