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基于LS_dyna模擬拉伸測試實(shí)驗(yàn)
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基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)模擬
基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)模擬
作者:大龍貓 微信公眾號(hào):CAE_ANSYS
拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)是測試材料的經(jīng)典實(shí)驗(yàn),可以測量材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線,測量材料的抗拉強(qiáng)度,作為經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)如何獲取其模擬過程呢?仿真分析軟件AYSYS在默認(rèn)的情況下,無論受力多大都不會(huì)被拉斷,其主要原因是算法的問題。
超薄電子產(chǎn)品外殼用復(fù)合材料動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)行為特征及其失效機(jī)理研究
本文使用注塑成型工藝制備玻璃纖維增強(qiáng) PC 復(fù)合材料,在 0.001~ 1000 s-1應(yīng)變率范圍內(nèi)開展纖維方向不同的玻璃纖維增強(qiáng)PC復(fù)合材料的拉伸力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)研究,并結(jié)合掃描電鏡對材料的失效機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)分析。
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樣品制備
實(shí)驗(yàn)采用與商業(yè)化電子產(chǎn)品外殼相同的制備工藝——注塑成型,確保材料微觀結(jié)構(gòu)與實(shí)際產(chǎn)品一致。材料體系為短玻璃纖維增強(qiáng)PC復(fù)合材料,玻璃纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%,纖維長度控制在0.1-0.2mm。
制備的平板試樣厚度控制在2.0mm,隨后按0°(流動(dòng)方向)、45°和90°(垂直流動(dòng)方向)三個(gè)方向切割成標(biāo)準(zhǔn)測試試樣,模擬外殼注塑成型后不同位置的纖維取向狀態(tài)。
圖2 拉伸試件的加工及試件尺寸(單位:mm)
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評價(jià)方法設(shè)計(jì)
不同應(yīng)變率下的拉伸實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。
準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)在電子萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上(圖3)開展,試件標(biāo)距段長度為 7 mm,因此,設(shè)置拉伸速率為 0.007 mm/s。
圖3 25t電子萬能試驗(yàn)機(jī)
中應(yīng)變率拉伸實(shí)驗(yàn)設(shè)備為高速拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)(圖4),設(shè)置拉伸速率為 7 mm/s。
圖4 高速拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)
動(dòng)態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)在分離式霍普金森桿裝置(見圖 5)上開展。動(dòng)態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)中,采用高強(qiáng)度粘膠將試件粘貼于入射桿和透射桿之間,氣室中的壓縮氣體推動(dòng)炮管內(nèi)圓環(huán)管,圓環(huán)管撞擊入射桿端部的法蘭盤,在入射桿內(nèi)部產(chǎn)生拉伸應(yīng)力波。當(dāng)應(yīng)力波傳遞到試件時(shí),部分應(yīng)力波通過試件標(biāo)距段后向透射桿傳遞,另一部分應(yīng)力波則以反射波形式沿入射桿傳回。通過粘貼于入射桿和透射桿上的電阻應(yīng)變片記錄入射波、反射波和透射波的應(yīng)變信號(hào)。
展開 汽車安全氣囊塑料罩蓋點(diǎn)爆仿真材料卡片準(zhǔn)確性提升研究
工程上更多的是通過于仿真與實(shí)驗(yàn)對標(biāo),獲得一定應(yīng)變率范圍內(nèi)的應(yīng)力- 應(yīng)變曲線,建立相關(guān)的材料卡片。
本文正是基于MAT 24 號(hào)材料卡片和GISSMO 失效模型,采用參數(shù)優(yōu)化軟件對實(shí)驗(yàn)得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行修正,開展了不同溫度下不同加載速率的單軸拉伸實(shí)驗(yàn)對標(biāo),獲得MAT 24 號(hào)材料卡片的有效應(yīng)力- 有效塑性應(yīng)變曲線,并將對標(biāo)后的材料卡片應(yīng)用于駕駛員安全氣囊點(diǎn)爆的仿真分析中,和實(shí)驗(yàn)對比獲 得良好的一致性,為聚合物材料的開發(fā)提供了一種實(shí)用的工程方法。
01
聚合物材料卡片開發(fā)
1. 1 拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
材料拉伸實(shí)驗(yàn)的對象是一種用于乘用車駕駛員安全氣囊罩的共混改性塑料。拉伸實(shí)驗(yàn)樣件采用ISO 8256 標(biāo)準(zhǔn),其幾何尺寸如圖2所示。實(shí)驗(yàn)工況為三個(gè)溫度下(- 30℃、23℃和85℃)的三個(gè)加載速率 (10 mm/ms、1 mm/ms 和0.1 mm/ms)。
而與實(shí)驗(yàn)對應(yīng)的仿真模型采用的實(shí)體單元建模,單元平均尺寸為1mm ,試件厚度方向?yàn)槿龑訂卧? 邊界條件采用與實(shí)際實(shí)驗(yàn)一致的設(shè)置,一端固定,一端加載隨時(shí)間線性變化的位移曲線。
圖2 ISO 8256 Type3試驗(yàn)樣條
圖3 a,c和e所示的是不同溫度和加載速率下的力-位移曲線,并實(shí)驗(yàn)得到的力-位移曲線,經(jīng)過式(2)和(3)計(jì)算過程可以得到材料的真實(shí)應(yīng)力σT和真實(shí)應(yīng)變?chǔ)臫,如圖3 b,d和f所示。
(2)
(3)
其中,P為實(shí)驗(yàn)得到的軸向拉伸力,A為試件實(shí)驗(yàn)段原始橫截面積,L0為實(shí)驗(yàn)觀測段有效長度,1為實(shí)驗(yàn)得到的拉伸位移。
該材料在屈服點(diǎn)之前粘彈性段存在一定的差異,而屈服點(diǎn)之后材料存在應(yīng)變硬化的現(xiàn)象,并且在斷裂之前材料沒有出現(xiàn)類似金屬的應(yīng)力衰減現(xiàn)象。
展開 
FLAC3D中CABLE單元拉伸實(shí)驗(yàn)
請問各位大佬,F(xiàn)LAC3D中錨桿一點(diǎn)固定,一點(diǎn)以恒定速度拉伸的命令流怎么寫呀(可有償)
Workbench仿真塑性材料拉伸力學(xué)實(shí)驗(yàn)
本實(shí)例利用有限元仿真分析方法模擬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn),針對塑性材料力學(xué)性能有限元仿真有一定的參考意義,希望能幫到大家。
【溫故知新】
大家可還記得材料力學(xué)中的力學(xué)性能測試試驗(yàn)?忘了的朋友趕緊腦補(bǔ)去…
復(fù)習(xí)好了哇?直接上實(shí)驗(yàn)結(jié)果...似曾相識(shí)?J
塑性材料應(yīng)力應(yīng)變曲線
注:在ANSYS有限元程序中默認(rèn)比例極限等于屈服極限。
1
幾何模型與網(wǎng)格
試樣最小截面直徑10mm。網(wǎng)格劃分如下(網(wǎng)格粗糙,演示用)。
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材料參數(shù)
楊氏模量2E11 Pa,泊松比0.325,屈服極限350Mpa,強(qiáng)度極限516Mpa。塑性階段采用Multilinear Kinematic hardening(多線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型)材料本構(gòu)關(guān)系模型,用列表形式輸入應(yīng)力與塑性應(yīng)變。材料參數(shù)設(shè)置截圖如下。
在實(shí)際工程項(xiàng)目中為得到較為準(zhǔn)確的材料屬性,可用電子拉力機(jī)對小試件做力學(xué)性能試驗(yàn)來確定的。通過試驗(yàn)可以得到上述材料應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。注意試驗(yàn)得到的是總應(yīng)變,而在上面材料模型中需要的是Plastic Strain,所以還需將試驗(yàn)所得的總應(yīng)變減去對應(yīng)的彈性應(yīng)變(即屈服點(diǎn)之后的每一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的總應(yīng)變減去這個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的彈性應(yīng)變,其中彈性應(yīng)變=應(yīng)力/彈性模量,這里不考慮其他因素影響近似認(rèn)為總應(yīng)變=彈性應(yīng)變+塑性應(yīng)變)
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邊界條件
一端完全約束,一段加載軸向拉力40000N。
展開 直播 | LS-DYNA 簡單建模流程—單軸拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)例講解
拉伸試驗(yàn)?zāi)軌驕y出材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂延伸率等性能參數(shù),對于設(shè)計(jì)有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。在做有限元分析時(shí),也需要輸入材料的參數(shù)(常用屈服強(qiáng)度)。單軸拉伸試驗(yàn)的模擬能夠通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果對照,確定所選材料模型參數(shù)的有效性。
冠脈支架平板支撐力abaqus仿真分析 ¥19
平板支撐力的方法較容易實(shí)現(xiàn),具體方法如圖0.1所示,在拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上下夾頭分別安裝平板,將被測支架放置于下支撐板上,設(shè)置拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)下壓的速度,上壓板開始接觸支架到壓縮到一定行程,傳感器記錄該過程的位移和力的數(shù)據(jù)。由于上述壓縮是一個(gè)緩慢的過程,可以認(rèn)為壓縮速度不對測試結(jié)果造成明顯偏差,即認(rèn)為是一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過程,利用ABAQUS靜力學(xué)模塊可以模擬該過程。
圖0.1平板支撐力測試示意圖
圖0.2 CAE模擬平板支撐力的壓縮過程
最常困惑產(chǎn)品開發(fā)者的不僅是測試周期的漫長,因?yàn)閺脑O(shè)計(jì),采購物料,加工,測試是非常消耗時(shí)間的,但是這個(gè)過程可以通過有限元的方法來縮減開發(fā)周期及減少迭代的次數(shù);另一個(gè)困惑是產(chǎn)品性能的確定,支架的支撐力越大越好還是越小越好?當(dāng)然是合適最好,但是如何確定一個(gè)安全,可靠,有效的性能參數(shù)比產(chǎn)品的實(shí)際測試要更復(fù)雜一些。
下面主要詳解幾點(diǎn):
1.通過step by step詳細(xì)介紹支架平板支撐力的仿真過程
2.仿真使用的材料參數(shù)是如何通過測試獲得的
3.如何定義支架的力學(xué)性能參數(shù)
展開 科技前沿 | 材料動(dòng)態(tài)力學(xué)測試——霍普金森桿實(shí)驗(yàn)
與準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)相比,進(jìn)行高應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn),依然是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。霍普金森拉伸實(shí)驗(yàn),對于有效并精確地獲取材料的應(yīng)變率相關(guān)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,是非常好的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)方式。
霍普金森桿(Hopkinson bar)是1993年公布的力學(xué)名詞。
是一種用于力學(xué)、工程與技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科、材料科學(xué)、機(jī)械工程領(lǐng)域的物理性能測試儀器。
01
動(dòng)載下材料力學(xué)相應(yīng)測試需求
大家都知道,常規(guī)靜態(tài)拉伸,研究的是處于靜力平衡狀態(tài)下的材料,以忽略材料的慣性作用為前提。爆炸/沖擊載荷以載荷作用的短歷時(shí)為其特征,在這種條件下,材料處于隨時(shí)間迅速變化著的動(dòng)態(tài)過程。
霍普金森桿拉伸實(shí)驗(yàn),可測得材料在高應(yīng)變率(102-104/s)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
展開 基于LS-DYNA的PAB氣囊建模與對標(biāo)分析
圖3.5.1氣囊最終狀態(tài)及截面圖
4 材料應(yīng)力應(yīng)變曲線對標(biāo)
介紹材料的拉伸、剪切、雙向拉伸的材料對標(biāo)及其他參數(shù)的設(shè)置。材料的拉伸、剪切根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的力與位移曲線可以根據(jù)公式在excel中進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換得到。而雙向拉伸沒有現(xiàn)成的公式,需要使用優(yōu)化軟件進(jìn)行逆向優(yōu)化得到。
4.1材料的拉伸實(shí)驗(yàn)對標(biāo)
(1)
根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得拉伸實(shí)驗(yàn)的力與位移曲線。將力與位移曲線根據(jù)式1分別對fill方向和warp方向在excel中計(jì)算fill、warp應(yīng)力應(yīng)變曲線。卸載與加載所采用的公式一樣。其中E為應(yīng)變、S為應(yīng)力,d為實(shí)驗(yàn)獲得的位移曲線,f(d)為對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)獲得的力的曲線,A0為布料的橫截面積(布料的寬度*厚度),l0為布料的初 始長度。
4.2 材料的剪切實(shí)驗(yàn)對標(biāo)
根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得剪切實(shí)驗(yàn)的力與位移曲線。將力與位移曲線根據(jù)式2進(jìn)行在excel中獲得應(yīng)力應(yīng)變曲線。在剪切實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)變Exy與應(yīng)變Eyx值相等。Sxy為應(yīng)力。d為實(shí)驗(yàn)獲得的位移曲線,f(d)為對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)獲得的力的曲線,t為布料的厚度,l0為布料的長度。
(2)
4.3 材料的雙向拉伸實(shí)驗(yàn)對標(biāo)
雙向拉伸的材料應(yīng)力應(yīng)變可使用優(yōu)化軟件進(jìn)行逆向求得。限于篇幅,這里不再敘述。
5 線性沖擊對標(biāo)
5.1 總體步驟
氣囊的排氣,通常有兩種類型,分別為開孔排氣和氣囊的多孔表面泄露。在調(diào)試模擬氣囊排氣的時(shí)候首先從無孔氣囊開始。對于無孔氣囊來說,排氣的渠道就是通過氣囊的多孔材料表面漏氣。對于LS-DYNA模擬,主要是通過調(diào)整多孔材料的泄露曲線來調(diào)整泄漏量,從而提高模擬的準(zhǔn)確性。在LS-DYNA里需要調(diào)整*MAT_FABRIC關(guān)鍵字的參數(shù)來達(dá)到控制泄漏量的目的。
接下來進(jìn)行的是開孔排氣的氣囊的調(diào)試。
展開 工程應(yīng)力應(yīng)變和真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變 附常用材料應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)下載
兩者具體的關(guān)系如何,做完拉伸實(shí)驗(yàn),如何處理數(shù)據(jù),才能得到有限元仿真軟件的材料模型中的應(yīng)力應(yīng)變曲線;下面將以簡單的拉伸實(shí)驗(yàn)為例詳細(xì)講解下。
工程應(yīng)力:施加的外力除以樣件最初的受力面積,即名義應(yīng)力。
真實(shí)應(yīng)力:施加的外力除以樣件真實(shí)的受力面積(隨時(shí)間的變化,樣件會(huì)發(fā)生頸縮,受力面積會(huì)變小)。
工程應(yīng)變:樣件的伸長變化量除以初始的樣件的長度,即名義應(yīng)變。”名義“是指我們不考慮一步步的中間過程,只看開始和結(jié)尾,根據(jù)兩者的變化求得應(yīng)變。這也是為了工程上應(yīng)用的方便。
真實(shí)應(yīng)變:微小材料元素承受應(yīng)力時(shí)所產(chǎn)生的變形強(qiáng)度(或簡稱為單位長度變形量)的疊加量。假定樣件初始長度為L0,最終長度為L1,樣件中間經(jīng)歷的過程的長度為L01,L02…Ln-1 ,Ln,真實(shí)的應(yīng)變是每一微小步應(yīng)變之和,即:
真實(shí)應(yīng)力和工程應(yīng)力的關(guān)系如下:
真實(shí)應(yīng)變和工程應(yīng)變的關(guān)系如下:
在彈性區(qū)間內(nèi),真實(shí)應(yīng)力等于工程應(yīng)力,真實(shí)應(yīng)變和工程應(yīng)變相等。
當(dāng)材料發(fā)生塑性之后,真實(shí)應(yīng)力真實(shí)應(yīng)變曲線,不像工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線那樣在載荷達(dá)到材料的抗拉強(qiáng)度之后轉(zhuǎn)而下降,而是繼續(xù)上升直至斷裂,這說明金屬在塑性變形過程中不斷地發(fā)生加工硬化,從而外加應(yīng)力必須不斷增高,才能使變形繼續(xù)進(jìn)行,即使在出現(xiàn)縮頸之后,縮頸處的真實(shí)應(yīng)力仍在升高(如下圖所示),這就排除了應(yīng)力-應(yīng)變曲線中應(yīng)力下降的假象。
真實(shí)應(yīng)變在一些能夠承受大變形的材料中很常用,在有限元使用中,要考慮變形的大小,F(xiàn)EA中發(fā)生塑性變形的材料,一般都采用真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線。如金屬塑性變形,橡膠材料大變形。
展開 
各向同性硬化von Mises率無關(guān)彈塑性本構(gòu)理論以及umat源代碼 ¥99
二者計(jì)算的結(jié)果對比如下:
二者等效塑性應(yīng)變的演化對比圖如下:
二者塑性耗散的演化對比圖為:
4.2 帶孔板拉伸實(shí)驗(yàn)
利用相同的材料性質(zhì)計(jì)算一帶孔板的拉伸實(shí)驗(yàn)。Abaqus計(jì)算的結(jié)果如下:
使用umat計(jì)算的結(jié)果如下:
可看到二者的結(jié)果是完全相同的。
5 參考書籍
Neto, E. A. de Souza, D. R. J. Owen, and D. Peric. , 'Computational Methods for Plasticity: Theory and Applications'
Mater. Sci. Eng. A:異種金屬焊接接頭裂紋萌生和擴(kuò)展的原位SEM研究
在該文中,通過原位SEM拉伸實(shí)驗(yàn)研究了核電站異種金屬焊接接頭不同區(qū)域的斷裂機(jī)制。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 原位拉伸裝置及試樣
(a)室溫原位拉伸裝置示意圖
(b)原位拉伸試樣的尺寸
(c)取樣位置示意圖
圖2 原位拉伸實(shí)驗(yàn)之前的光鏡圖及顯微硬度
(a)母材
(b)焊縫
(c)界面
(d)顯微硬度分布圖
圖3 316L不銹鋼不同應(yīng)變下的同一位置光鏡圖
(a)3%
(b)5%
(c)6.8%
(d)8.3%
(e)9%
(f)9.8%
圖4 Inconel182不銹鋼不同應(yīng)變下的同一位置光鏡圖
(a)3.2%
(b)4.1%
(c)6.2%
(d)7.2%
(e)9.3%
(f)最終斷裂
圖5 不同應(yīng)變下的焊縫原位SEM圖
(a)0%
(b)2.1%
(c)3.9%
(d)6.0%
(e)6.3%
(f)最終斷裂
圖6 不同伸長率下的原位取向圖和圖像質(zhì)量圖
(a)2.1%
(b)3.9%
(c)6.0%
圖7 不同伸長率下的施密特因子圖
(a)2.1%
(b)3.9%
(c)6.0%
圖8 圖5(d)中區(qū)域Ⅰ內(nèi)的放大EBSD圖
(a)SEM圖
(b)局部取向圖
(c)施密特因子圖
(d)極射投影圖
圖9 圖5(d)中區(qū)域Ⅱ內(nèi)的放大EBSD圖
(a)SEM圖
(b)極射投影圖
(c)局部取向圖
(d)施密特因子圖
圖10 不同區(qū)域的斷口SEM圖
(a)母材
(b)焊縫
(c)熔合區(qū)
圖11 焊接接頭不同區(qū)域的裂紋擴(kuò)展機(jī)制示意圖
【小結(jié)】
異質(zhì)接頭的裂紋萌生和擴(kuò)展主要取決于顯微組織。由于母材中孿晶數(shù)量較多,所以裂紋易于在孿晶邊界形核。在焊縫和熔合區(qū)處,由于孿晶比較少,所以裂紋易于在滑移帶處萌生。
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?
選擇未知應(yīng)變勢能模型,輸入單軸拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
3. 輸入上表中的名義應(yīng)力(nominal stress)和名義應(yīng)變(nominal stress)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
4.對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。
5. 得到擬合的曲線,可知R-PCLY-N3曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最為吻合,可選擇此模型。
6. 選擇Reduced-Polynomial-N3模型,這樣超彈性材料就定義好了。
文章來源:有限元科技
Abaqus中定義橡膠超彈性材料
圖1 超彈性材料數(shù)據(jù)的輸入
圖2 材料評估
用戶可以在Abaqus/CAE 中輸入下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):
1)單軸拉伸/壓縮實(shí)驗(yàn)(uniaxial tension/compression test data);
2)等雙軸拉伸/壓縮實(shí)驗(yàn)(biaxial tension/compression test data);
3)平面拉伸/壓縮實(shí)驗(yàn)(檢驗(yàn)純剪行為)(planar tension/compression test data);
4)體積拉伸/壓縮實(shí)驗(yàn)(volumetric tension/compression test data)。
☆溫馨提示:定義超彈性材料數(shù)據(jù)時(shí)必須輸入名義應(yīng)力(nominal stress)和名義應(yīng)變(nominal stress),而非真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)變。
關(guān)于 Abaqus 中的超彈性材料,還應(yīng)注意以下問題:
1)Abaqus中默認(rèn)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(yīng)(設(shè)置 Nlgeom 為 ON);
3)對于 Abaqus/Standard 分析,默認(rèn)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(shè)置為大于0.495;對于 Abaqus/Explicit 分析,默認(rèn)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(yīng)變勢能(strain energy potential)來描述超彈性材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,而不是采用楊氏模量 E 或泊松比 ;
5)對于根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的超彈性材料模型,當(dāng)應(yīng)變值達(dá)到一定程度(變形較大)時(shí),計(jì)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(yīng)變值大小,并在 DAT 文件中給出相應(yīng)的警告信息。
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