abaqus橡膠屬性的案例
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(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。
為減小誤差或實現(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(wǎng)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(shù)來實現(xiàn)本構模型的定義,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模擬橡膠大變形/模擬橡膠彎曲
Abaqus為用戶提供了多種本構關系來模擬超彈性材料，這種材料具有高度非線性，當Abaqus進行模擬時假設這種材料是具有彈性、各向同性，并且同時考慮幾何非線性效應。與材料的剪切柔度相比，對于大多數(shù)類似橡膠的固體材料，其可壓縮性非常小，當分析對象為平面應力問題、殼、薄膜、梁、桁架、或者鋼筋等，這個問題不值得關注。但是對于固體、平面應變或者軸對稱問題卻不能忽略。對此，Abaqus/Standard提供了雜交單元來模擬超彈性材料中完全的不可壓縮行為。
橡膠材料力學性能的描述方法主要為兩類：一類是認為橡膠為連續(xù)介質的現(xiàn)象學描述；另一類是基于熱力學統(tǒng)計的方法。基于連續(xù)介質力學的本構模型主要有Polynomial、Reduce Polynomial、Ogden模型等，其中Mooney-Rivlin模型是 Polynomial的特殊形式，Neo-Hookean 模型是Reduce Polynomial的特殊形式。基于熱力學統(tǒng)計主要有Arruda-Boyce和Van der Waals等本構模型。本文利用Abaqus模擬大變形的橡膠，具體步驟如下。
1、在Abaqus/CAE Sketch模塊中作出模型草圖，如圖1所示，然后在Part模塊中分別建立Push、Rubber、Base三個部件。其中Push為解析剛體，Base為離散剛體。
圖1 草圖
2、在Property模塊中定義橡膠的屬性，采用Mooney-Rivlin模型，參數(shù)如圖2所示，然后賦給Rubber部件。
圖2 橡膠參數(shù)設置
3、裝配，定義分析步，采用默認的場輸出和歷史輸出。為了保證剛開始能夠較容易收斂，設置分析步初始增量步為0.01，打開幾何非線性。
展開 Abaqus橡膠拉伸模擬：仿真橡膠接頭的充氣和拉伸過程
Abaqus仿真橡膠接頭的充氣和拉伸過程
（1）
背景
實物整體圖如下：
剖面圖：
外面是剛性法蘭，主體是橡膠球體，橡膠球體里面有嵌入的簾布層，簾布層里面有加固環(huán)，加固環(huán)也是嵌入在橡膠球體里。兩端法蘭和橡膠接頭兩端接觸，固定約束，橡膠球體和法蘭的一角在球體變形較大時接觸。分析在加載過程中該模型的應力和變形情況。
（2）
Step By Step 建模操作圖文演示
1.
創(chuàng)建幾何模型
2.
創(chuàng)建三種材料屬性和截面屬性
3.
裝配
4.
設置兩個靜態(tài)分析步
5.
定義接觸屬性、兩個接觸對和兩個約束
6.
設置pressure類型的載荷
固定一端給另外一端施加位移
7.
劃分網(wǎng)格
8.
提交計算查看結果
整體變形云圖
加固環(huán)應力云圖
橡膠應力云圖
整體應力剖面圖
文章來源：FILWTBY
展開 ABAQUS橡膠支座仿真：有初始轉角的橡膠隔震支座水平力學性能研究
徐忠根，管興坡，張杰，鄧長根，陳榮毅
摘要：在采用橡膠隔震支座的大跨空間結構中，其支座的上下表面常常存在相對轉角，針對這一問題，從兩個方向對上下表面有相對轉角的橡膠隔震支座的水平力學性能進行了研究。在轉角為0.005rad、0.01rad和0.015rad的情況下，對橡膠隔震支座進行了水平力學性能試驗，試驗結果表明，支座水平剛度會隨轉角的增大而減小。然后，運用ABAQUS軟件進行了有限元模擬分析，對試驗結果和有限元結果進行對比驗證。最后，通過ABAQUS軟件對有初始轉角的橡膠隔震支座進行了參數(shù)分析。結果表明：有限元分析得到的水平剛度與試驗結果吻合較好，為參數(shù)分析提供了依據(jù)；有初始轉角的隔震支座的水平剛度與加載方向有關；初始轉角對疊層橡膠支座水平剛度的影響會隨著初始轉角、支座第一形狀系數(shù)和支座第二形狀系數(shù)的增大而增大；根據(jù)有限元結果給出了有初始轉角的橡膠隔震支座的水平剛度計算公式，可供設計人員參考使用。
展開 
abaqus模擬橡膠支座：鉛芯橡膠隔震支座精細化模擬分享
橡膠隔震支座具有提供豎向承載能力、彈性復位能力、良好的變形能力等特性進而在隔震建筑中廣泛使用。鉛芯橡膠隔震支座是在天然橡膠隔震支座中心或非中心部增加鉛芯一個或多個制作而成的具有良好耗能能力的隔震支座。剖面圖如圖所示。
為了更真實準確地反應荷載作用下支座內部的壓力分布，本文基于ABAQUS平臺對鉛芯橡膠隔震支座進行精細化分析。
（1）模型幾何信息如下表所示：
（2）材料本構橡膠采用超彈性模(Arruda-Boyce模型)，鋼材采用雙折線線模型，鉛芯采用理想彈塑性模型。封板、鋼板和連接板的彈性模量E=200GPa，泊松比取0.3。鉛芯彈性模量E=18GPa，泊松比取0.42。下圖為橡膠的本構選取示意圖。
（3）分析步設置：均采用靜力通用，其中Step1為面壓荷載，Step2為水平荷載加載。
（4）邊界條件及荷載：
支座下連接板固結、橡膠與鋼板和上下封板均采用Tie連接方式，
上連接板施加支座面壓和位移
。
（5）單元類型
由于橡膠為粘彈性材料，支座內部橡膠與鋼板建議開啟混合變形選項；選擇縮減積分可加快計算速度。
（6）本構正確性驗證：選取支座上表面中心點繪制荷載-位移圖如下圖所示。
如圖所示，滯回曲線呈明顯“旗幟”形。
（7）應力云圖和模擬動畫。
由于作者水平和時間有限，建模分析過程可能存在疏忽或有誤的地方還請批評指正！
文章來源：廣東省院結構安全顧問
展開 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(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(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，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。
展開 橡膠=汽車半條命：淺談ABAQUS橡膠大變形仿真5大注意事項
例如上圖中的橡膠柱壓縮試驗的仿真中，對上下金屬板的采取不同的處理方法，其計算的收斂性有較大的不同
圖2，左側考慮金屬板；右側未考慮金屬板
(二)接觸與約束的設定
通過修改接觸與約束的相關參數(shù)可以使分析計算更容易收斂，但是需要注意分析模型與實際試驗的擬合度。例如圖3所示，左邊為考慮硫化工藝，在金屬與橡膠的接觸面上設置為綁定約束，右圖直接設置為接觸摩擦約束，雖然分析更容易收斂，但是其與實際的試驗情況不相吻合，分析誤差較大。
圖3、不同接觸與約束參數(shù)對仿真的影響
(三)網(wǎng)格參數(shù)的設定
1：網(wǎng)格尺寸的選擇
有限元網(wǎng)格的分布形式也影響橡膠彈性特性預測的精度。較細的網(wǎng)格單元收斂速度緩慢，且容易發(fā)生單元體積鎖死，而太粗的網(wǎng)格會影響計算的精度。通常在進行初始網(wǎng)格劃分時．需特別注意大變形區(qū)的網(wǎng)格形態(tài)，開始盡量采用粗網(wǎng)格劃分。以降低分析的復雜程度。然后根據(jù)問題的類型和分析結果進行網(wǎng)格重劃分，盡可能使網(wǎng)格發(fā)生大變形后仍具有良好的單元幾何形態(tài)。
圖4、不同網(wǎng)格尺寸對大變形仿真的影響（左1mm/中2mm/右3mm）
2：網(wǎng)格階次的選擇
在大變形的仿真計算中，建議優(yōu)先選用線性單元，一階單元較二階單元能更好地模擬橡膠的扭曲大變形，不易發(fā)生單元畸變。
圖5、不同網(wǎng)格屬性對大變形仿真的影響（左：二階單元 /右一階單元）
此外還應設置盡可能小的時間步長，以保證求解結果的精度和可靠性。并對結果作仔細檢查，以確定原始測試數(shù)據(jù)是否涵蓋了模型的變形模式和最大應變。以上均為常規(guī)手段，對于一些較為復雜的模型仍不能做到較好的收斂。那么針對一些復雜模型，就用應用一些非正常手段——網(wǎng)格重繪技術。
展開 ABAQUS橡膠支座：考慮橡膠支座可變摩擦力的大跨度連續(xù)梁橋增量動力分析
Incremental dynamic analysis of the long-span continuous beam bridge considering the fluctuating frictional force of rubber bearing
考慮橡膠支座可變摩擦力的大跨度連續(xù)梁橋增量動力分析
Man Liao (廖曼), Bin Wu (吳斌), Xianzhi Zeng (曾顯志) , Kailai Deng* (鄧開來)
一
研究意義
在大跨度橋梁抗震設計中，通常采用經(jīng)典的雙線性支座模型來模擬橡膠支座的力學行為。當豎向地震動較小時，采用拉壓等強的垂直線性彈簧模擬支座，假定支座的屈服力為接觸界面處的重力載荷與摩擦系數(shù)的乘積。但是，當?shù)孛孢\動具有較強的豎向分量時，支座的豎向軸力變化顯著。嚴重時甚至會出現(xiàn)支座與主梁分離，橡膠支座和混凝土墊層在巨大的沖擊作用下完全損壞。在這種情況下，簡化的雙線性模型不能真實再現(xiàn)橡膠支座的受力行為。
鑒于此，本文建立了一個非線性可變摩擦支座模型，該力學模型能夠考慮支座軸力的波動性，實現(xiàn)可變摩擦力的模擬。并在ABAQUS中建立了一座典型的大跨度連續(xù)梁橋有限元模型，利用增量動力分析方法，定量比較了兩種支座模型的地震響應結果。
展開 abaqus橡膠熱仿真：減振橡膠疲勞黏滯生熱的仿真分析-源文件與子程序詳解
8.2建模
abaqus/cae操作
8.3賦材料屬性
鋼：
CAE操作：
inp文件：
*Material, name=ste*Conductivity43.
ABAQUS---固體橡膠模型
一、固體橡膠模型
? Abaqus 中包含許多固體橡膠模型，每個模型都使用不同的方法來定義應變能
函數(shù)。
? 基于自然規(guī)律（Physically-motivated ）模型：
? 基于自然規(guī)律模型從微觀結構來考慮材料的響應。
? 將橡膠理想化為由交叉結合的聚合體分子連接而成的長鏈。
? 基于唯象理論（phenomenological theory）的模型：
? 唯象理論則從連續(xù)介質力學的角度看待此問題。
? 在不考慮微觀結構的影響時，通過創(chuàng)建數(shù)學框架來表征所得到的應力–應變關系。
? 為何有這么多模型？
? 歷史原因
? 最古老的模型（多項式模型和 Ogden模型）基于連續(xù)介質力學理論
? 擬合數(shù)據(jù)困難
? 基于自然規(guī)律的模型是最近發(fā)展起來的
? 對于有限的試驗數(shù)據(jù)能夠較容易的校準
? 參考文獻
? 可以在文獻中查找到這些模型的數(shù)據(jù)（例如，已經(jīng)被校準過的數(shù)據(jù)）
固體橡膠模型的比較
? 純膠膠料單軸拉伸試驗數(shù)據(jù)（Gerke）：
? 雖然數(shù)據(jù)較少，但是能夠捕捉關鍵的特征
? 在 Abaqus 中對單個單元軸向拉伸試驗做了測試
? 所有的材料參數(shù)均由 Abaqus 自動評估得到。
? 可以得到一些有用結論
? Neo-Hookean 模型
? 20世紀30年代（1930）開始最早的橡膠
材料模型。
? 不能捕獲應力–應變關系曲線中的“翻
轉點（upturn）”
? 應變較小時近似程度較好。
展開 ABAQUS橡膠本構模型
Abaqus 軟件具有非常強大橡膠本構模型的定義功能，不僅提供了很多現(xiàn)有的本構模型，還可以進行模型本構的自定義，并且具有橡膠材料評估的功能，從而保證了橡膠結構件的模擬精度。本文對幾種定義方式進行介紹：
1. ABAQUS中提供的超彈性材料的本構模型
Mooney-Rivilin模型
Neo-Hookean模型
Yeoh模型
Ogden模型
Arruda-Boyce模型
Van der Waals模型
ABAQUS提供的這幾種橡膠超彈性材料本構模型可以準確的擬合材料應力-應變關系的變化。用戶可以根據(jù)問題的具體要求，選擇相應的本構模型來模擬材料的力學性質，力圖用參數(shù)少，數(shù)學上處理簡單的模型來得到相對精確的行為描述。
2. 用戶自定義
ABAQUS支持用戶自定義材料本構模型，*UMAT提供自定義材料本構模型的模版，方便用戶自定義材料
當ABAQUS沒有提供我們需要的材料模型時，用戶可以使用ABAQUS的UMAT自定義材料本構。
*UMAT子程序具有強大的功能，使用UMAT可以定義材料的本構關系，使用ABAQUS材料庫中沒有包含的材料進行計算，擴充程序功能；UMAT幾乎可以用于力學行為分析的任何分析過程，幾乎可以把用戶材料屬性賦予ABAQUS中的任何單元。
3. 評估材料
當模擬超彈性材料時，你可能已經(jīng)獲得了ABAQUS定義超彈性材料的某個本構所需的參數(shù)；然而，更多的情況是為你提供了必要模擬的材料的試驗數(shù)據(jù)。幸運的是，ABAQUS可以直接地接受試驗數(shù)據(jù)，并通過擬合試驗數(shù)據(jù)，確定所選本構模型中的系數(shù)，并對模型的穩(wěn)定性進行檢驗，確定穩(wěn)定收斂區(qū)間。這些過程在程序中可自動完成。
展開 
Abaqus-橡膠材料的Mullins效應
文章來源：ABAQUS仿真世界
Abaqus模擬橡膠材料
參考文獻：《ABAQUS工程實例詳解》-江丙云
文章來源：軟件資料助手
Abaqus案例：橡膠套壓縮
直接修改橡膠壓縮分析步中位移邊界條件即可：
交互模組
1、定義橡膠與其它部件接觸關系
橡膠與周圍部件均是有限滑移面面接觸，摩擦系數(shù)取0.1。包括橡膠與上下底板以及與內孔軸之間接觸關系，示例如下：
其中橡膠軸套內孔與軸之間的干涉已經(jīng)在初始建模設定好，軟件會自動識別，至于是否會以干涉狀態(tài)求解取決于你選擇的是哪一種接觸建模方法（接觸對與通用接觸）以及初始干涉的大小。
上圖是關于干涉配合的設定，我們告訴軟件請在第一個分析步激活干涉配合求解。
2、定義橡膠自接觸
橡膠在壓縮中比較難以預測誰與誰接觸，其實要定義自接觸也是可以對應定義接觸對，只不過主從接觸都是自己。自接觸摩擦系數(shù)為0.08，定義在摩擦屬性里面（friction2）
關于穩(wěn)定的控制定義如下：
網(wǎng)格模組
切換至
Mesh
模組，注意網(wǎng)格劃分與單元分配是處在同一個模組下。網(wǎng)格不咋滴，將就著看下
使用的單元類型為CAX4RH。
分析任務
切換至
Job
模組，新建分析任務，
直接提交即可。
求解失敗，使用軟件自己的GUI診斷模塊
一大堆問題，軟件說存在負特征值無法收斂。
展開 ABAQUS-橡膠材料建模
這篇文章，我們介紹ABAQUS關于橡膠材料模型的建模方法。
橡膠材料(如熱塑性塑料)主要用于輪胎、消費品、醫(yī)療或密封等工業(yè)領域的解決方案，但橡膠也存在于許多其他工程領域。今天，我將介紹ABAQUS在密封領域中橡膠模擬的應用，以顯示它高效強大的橡膠建模能力。
在密封領域的設計階段使用仿真手段為解決方案提供指導正在成為一個必要的步驟，可以幫助識別和更好地了解產品的行為。Trelleborg、Parker、Eriks、Lagersmit等密封領域的老牌公司已經(jīng)使用SIMULIA的ABAQUS有限元分析(FEA)進行了很多應用研究，以幫助它們在開發(fā)/測試階段獲得更好的結果。在許多情況下，由于其復雜的幾何形狀和材料特性，在進行實際測試之前，尚不清楚產品的性能。這樣，從實驗中也只能獲得有限的信息，而從數(shù)值模擬中可以研究數(shù)百個變量，并且可以預測其行為，而不需要付出很大的代價。
建立準確的材料模型
超彈性
在任何有限元分析中，最重要的事情之一就是要對材料有一個很好的描述。橡膠是超彈性材料，他們可以承受很大的變形，而不發(fā)生塑性應變。ABAQUS有幾種超彈性材料模型，可以捕捉大多數(shù)商業(yè)橡膠的響應。描述模型的參數(shù)可以很容易地與實驗數(shù)據(jù)進行擬合和對比。例如，您可以進行拉伸測試，然后在ABAQUS中使用該測試數(shù)據(jù)作為輸入。內部通過數(shù)值擬合自動獲得參數(shù)。ABAQUS支持四種實驗：單軸拉伸、等軸拉伸、剪切和體積試驗。
粘彈性
橡膠材料中另一個非常重要的特性叫做粘彈性。隨著時間的推移，材料的行為方式并不相同，而是與歷史有關；隨著時間的推移，聚合物鏈可以相對滑動。在這種情況下，應該提到兩個非常重要的概念：蠕變和應力松弛。蠕變是指在施加恒定的載荷，變形隨著時間的推移而增大，直到達到平衡為止。應力松弛是指施加恒定變形，產生的反作用力隨著時間的推移而下降，直到，再次達到平衡。
展開 