超彈性材料本構建模的案例
梯度納米晶材料的本構建模及微結構調(diào)控
強度和韌性是衡量材料性能的兩個重要標準，高強度材料抵抗應力的能力很好，而高韌性意味著材料能承受更多的塑性變形。但是，強度和韌性通常無法兼顧，超強材料往往容易發(fā)生應力集中，從而導致韌性很差，容易斷裂。近年來，能夠很好協(xié)調(diào)強度和韌性的梯度結構材料逐漸興起，并且成為研究熱點，具有很好的應用前景。
梯度結構材料在自然界中就普遍存在，例如：竹子和貝殼就是典型的梯度材料，人類和動物的骨骼也具有梯度結構的特征。根據(jù)不同的材料變形機理和制備工藝，梯度結構被越來越多地應用到工程材料中，比如通過在內(nèi)部引入不同的梯度微結構（梯度晶粒結構、梯度孿晶結構、梯度位錯結構、梯度相變結構等），使材料具備更高的強度、硬度、加工硬化能力、延展性和抗疲勞性能。經(jīng)過多年發(fā)展，目前制備梯度結構材料的方法已經(jīng)十分豐富，比如表面研磨、表面碾磨、物理或化學沉積、激光沖擊等。
為了更好地發(fā)展和應用梯度結構材料，需要預測不同梯度結構材料的力學性能，從而進行優(yōu)化調(diào)整。因此，深入理解梯度結構材料的強韌性機理、微結構演化與宏觀力學響應的關聯(lián)，進而建立描述梯度結構材料變形行為的本構模型，成為亟待解決的關鍵問題。
圖1 不同的梯度微結構示意圖。（來源：盧柯. 梯度納米結構材料，金屬學報 51（2015）1-10）
在國家自然科學基金項目《梯度納米晶粒/孿晶材料的本構建模及微結構設計》（項目編號：1167020206）的資助下，西南交通大學力學與工程學院張旭研究組與德國馬普鋼鐵所Dierk Raabe教授團隊合作開展研究，論文第一作者陸曉翀針對2011年中科院金屬所盧柯院士團隊在《Science》上報道的梯度納米晶粒材料，建立了基于復雜位錯演化機制的尺寸相關晶體塑性本構模型，并引入了晶粒長大機制和損傷演化模型。
展開 西南交大《IJP》：異構層狀材料微結構與力學性能關聯(lián)的本構建模分析
異構層狀材料中相鄰層在成分、厚度、晶粒尺寸、晶體結構、晶體取向等方面均可調(diào)可控，因此微結構優(yōu)化具有巨大的空間。與傳統(tǒng)均勻金屬材料相比，異構層狀金屬材料可將各組元材料的優(yōu)勢協(xié)同發(fā)揮，兼具輕質、高強、高韌、熱穩(wěn)定、抗輻照、耐磨損和抗疲勞等性能，引起了學術界的廣泛關注，并有望作為結構材料應于汽車工業(yè)、航空航天和核防護等領域。
由于具備典型的層狀結構，界面主導的變形機制和力學響應是異構層狀材料研究的重中之重。近年來，針對異構層狀材料的制備、表征以及單拉和疲勞性能測試已經(jīng)有豐富的研究成果報道，然而，層狀材料的本構模型研究還相當匱乏，材料中的多尺度界面（晶界、層間界面）對宏觀力學性能的定量影響不清楚，導致材料微結構與宏觀力學性能缺乏定量關聯(lián)，限制了材料進一步的性能優(yōu)化。
針對上述問題，西南交通大學“材料本構關系和疲勞斷裂”研究團隊“多尺度材料力學”研究組張旭教授（https://faculty.swjtu.edu.cn/xu_zhang/）與中國工程物理研究院總體工程研究所趙建鋒助理研究員、德國埃爾朗根紐倫堡大學的MichaelZaiser教授、西南交通大學康國政教授、四川大學黃崇湘教授等合作，考慮層狀材料中晶界和層間界面引入的非均勻變形，基于位錯塞積理論引入不同層級的界面對位錯的阻礙效果（如圖1所示），導出了幾何必需位錯密度和背應力演化模型，最終建立了關聯(lián)層狀材料的微結構與宏觀力學響應的本構模型，并對層狀Cu/Cu10Zn材料進行了模擬。
圖1.層狀材料中晶界和層間界面處位錯塞積示意圖
所建立的本構模型可以很好地描述不同晶粒尺寸的均勻晶粒材料以及不同層厚的層狀材料的單軸拉伸響應，如圖2所示。
圖2.
展開 如何定義橡膠材料的超彈性、粘彈性、本構模型參數(shù)
仿真中材料參數(shù)對仿真結果的影響很大，有研究橡膠材料的超彈性和粘彈性的朋友可以Q245958758，一起交流和指導。
軟體機器人超彈性材料本構賦予的兩種實現(xiàn)方式 ￥29.99
引言：超彈性材料是軟體機器人實現(xiàn) “大變形、高回復、低剛度” 核心性能的關鍵載體，其力學行為需通過精準的本構模型描述。在 Abaqus 仿真環(huán)境中，針對軟體機器人的超彈性材料本構，主要存在兩種主流賦予方式：一是直接調(diào)用內(nèi)置的Mooney-Rivlin 應變勢能模型，適用于常規(guī)彈性體（如硅橡膠）的快速仿真；二是通過UHYPER.for 用戶子程序自定義應變勢能，適配新型超彈性材料（如梯度彈性體、仿生彈性體）的特殊力學行為。本文將圍繞這兩種方式，結合 Abaqus 仿真全流程（建模、參數(shù)設置、分析步、相互作用等），詳細闡述實現(xiàn)邏輯、操作要點及結果對比，為軟體機器人的超彈性仿真提供可復現(xiàn)的技術方案。
1、 計算結果與分析
兩種超彈性本構方式的仿真結果需從 “精度、效率、適用性” 三個維度對比，核心差異如下：
（1） 力學響應精度
Mooney-Rivlin 模型（1 階）：因模型未考慮高階非線性項，易出現(xiàn) “應力預測偏低” 問題，誤差可升至 15% 以上。
UHYPER.for 子程序：通過自定義高階應變勢能函數(shù)（如 Ogden 模型、Yeoh 模型），可覆蓋小至大變形全范圍，與實驗數(shù)據(jù)誤差穩(wěn)定在 3% 以內(nèi)，尤其適合軟體機器人扭轉、彎曲等大變形工況。
（2） 計算效率
Mooney-Rivlin 模型：無需編譯子程序，計算迭代次數(shù)少。
UHYPER.for 子程序：需先通過 Fortran 編譯器（如 Intel Fortran Compiler）編譯子程序，且自定義函數(shù)的導數(shù)計算會增加迭代復雜度。
（3） 收斂性表現(xiàn)
Mooney-Rivlin 模型：因本構關系簡單，在幾何非線性打開、增量步合理設置的前提下，收斂率可達 95% 以上，極少出現(xiàn) “迭代終止” 問題。
展開 
交流-ANSYS橡膠材料超彈性本構模型和粘彈性性能仿真和試驗
交流-ANSYS橡膠材料超彈性本構模型和粘彈性性能仿真和試驗
最近在搞橡膠這個方向，單軸拉伸試驗和動態(tài)DMA，研究橡膠次本構模型
有研究橡膠超彈性。粘彈性性能的朋友可以聯(lián)系，互相交流學習、答疑。
Q254958758
Simright 2018.8.17更新:支持超彈性材料（HyperElastic）本構模型！
https://www.simright.com/zh/blogs/simright-2018-8-17-chaodan/
更新語錄橡膠材料作為一種高分子超彈性材料廣泛應用于承載結構軸承、密封件、吸收震動的襯墊、連接器和輪胎等，已成為現(xiàn)代工業(yè)的重要原材料。Simulator及Toptimizer本周新增功能，支持使用有限元中常用的Mooney-Rivlin模型模擬橡膠材料力學行為。本次更新共有4項改進和修復，歡迎大家體驗，多提建議！希望大家支持云端CAE，支持Simright！
2018.8.11-2018.8.17
Simulator (在線仿真計算軟件)
1.新增：材料庫支持超彈性材料
材料庫中新增TPU材料，自定義支持超彈性材料本構模型。
2.改進：改進材料分類改進材料庫中超彈性材料（HyperElatsic）分類。
Toptimizer(在線拓撲優(yōu)化軟件）
1.新增：材料庫支持超彈性材料
材料庫中新增TPU材料，自定義支持超彈性材料本構模型。
2.改進：改進材料分類改進材料庫中超彈性材料（HyperElatsic）分類。
近期熱門：
如何避免世界杯傷病危機？仿真助力定制化球鞋!完善多項細節(jié)，提升產(chǎn)品品質！Simright 2018.08.10更新！EasyPDM新增BDF格式文件文本內(nèi)容在線對比功能！Simright 2018.08.03更新！豐富后處理中色條（Legend）顯示刻度！Simright 2018.07.27更新修復Simulator位移邊界模擬錯誤的問題！Simright 2018.07.20更新新增非推薦瀏覽器即時提醒功能！
展開 橡膠材料超彈性本構擬合以及密封圈初始壓縮量的考慮 ￥4.9
4、 密封圈材料一般是橡膠，橡膠等不可壓縮材料一般要通過構建超彈性本構來進行處理，本文展示了在abaqus軟件中通過實驗測試參數(shù)對橡膠超彈性本構的擬合。
附件為計算inp模型及操作重點步驟，感興趣的可以下載。
助力提升橡膠仿真精度：易瑞博科技超彈性材料全面本構測試與精準擬合服務
在橡膠產(chǎn)品的設計與仿真中，仿真結果的可靠性，首先取決于輸入的材料模型是否準確。一個僅基于單軸拉伸數(shù)據(jù)構建的模型，可能嚴重偏離材料在多軸真實受力下的行為，導致剛度、壽命等性能預測錯誤或設計過度保守。
我們提供的系統(tǒng)化測試服務，旨在通過一系列標準試驗，完整刻畫橡膠材料在各種變形模式下的力學響應，為您構建高保真度的仿真模型提供堅實的數(shù)據(jù)基礎。
全面的超彈本構關系
測試矩陣
01
PART
全面的超彈本構關系測試矩陣，完整描述橡膠多軸復雜變形行為。
我們的全套橡膠超彈本構關系測試系統(tǒng)，可精確表征材料在不同變形模式下的力學行為，確保仿真模型具備可靠的預測能力。
01
單軸拉伸試驗
采用ASTM D412 Die D或國標GB/T 528-2009 I型啞鈴狀試樣，通過獲取從開始到材料斷裂的完整應力-應變曲線，以及不同應變水平下循環(huán)加載-卸載應力-應變曲線，為材料本構關系建立性能基準。
試樣:
試驗過程:
交付結果示例：
02
平面拉伸試驗
通過模擬純剪切變形狀態(tài)。該測試專門用于精準標定模型的剪切行為，其獲得的剪切應力-應變響應數(shù)據(jù)，對于確保襯套、墊片等大量承受剪切變形的產(chǎn)品仿真的可靠性至關重要。
試樣:
試驗過程:
交付結果示例：
03
等雙軸拉伸試驗
等雙軸拉伸試驗是刻畫材料多軸變形行為的關鍵。此項測試獲得的應力-應變響應，能極大提升模型在復雜多軸應力狀態(tài)下（例如：橡膠密封圈膨脹、橡膠減振器壓縮、輪胎胎面接地等工況）的預測精度。
為獲得這一關鍵數(shù)據(jù)，我司提供傳統(tǒng)16爪周向夾持與充氣式膨脹兩種等雙軸拉伸測試方法，可根據(jù)您的具體需求進行選擇。
展開 