大變形仿真的案例
橡膠=汽車半條命：淺談ABAQUS橡膠大變形仿真5大注意事項
因此，對橡膠材料的相關仿真計算的難度相對較大一些。
首先簡單回顧一下有限元仿真分析中的非線性問題類型：
①邊界條件的非線性：即邊界條件在分析過程中發生變化。接觸問題就是一種典型的邊界條件非線性問題。它的特點是邊界條件不能在計算的開始就可以全部給出，而是在計算過程中確定的，接觸物體之間的接觸面積和壓力分布隨外載荷變化。
②材料的非線性：即材料的應力應變關系為非線性。
③幾何的非線性：即位移的大小對結構的響應發生影響，包括大轉動、大位移、幾何剛性化等問題．
在橡膠制品的仿真分析過程中，以上三種非線性類型均有涉及，如果分析設置不當，極其容易導致求解困難，特別是對變形復雜（比如和多個不規則邊界接觸、變形很大等）情況。這樣一來，如何實現橡膠制品大變形的仿真便成我們較為關心的問題。
下面以對橡膠柱的壓縮試驗的仿真分析為例，簡述一下針對橡膠大變形仿真過程中需要注意的幾點：
圖1、理想與現實的差距
(一)模型的簡化
對于一個工業數模，常常需要進行一些合理的模型簡化，但不可過度簡化。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對仿真的影響
(三)網格參數的設定
1：網格尺寸的選擇
有限元網格的分布形式也影響橡膠彈性特性預測的精度。較細的網格單元收斂速度緩慢，且容易發生單元體積鎖死，而太粗的網格會影響計算的精度。
展開 基于大變形的魚竿彎曲變形仿真對比 ￥5
對于大撓度的細長結構，更新其剛度非常重要，否則結果可能不準確。這一效應通過本次模擬得以捕捉
觀察魚竿的彎曲情況，并將更新結構剛度前后的結果進行比較
這個例子說明了釣魚竿的彎曲情況，重要的是要考慮到結構的大撓度
釣竿是典型的大撓度示例。回顧一下這個釣竿的模擬，并嘗試解釋為什么避免使用大撓度會對結果產生影響
基于大變形的驅動軸扭轉變形仿真對比 ￥5
本文比較了驅動軸在扭轉下的兩種模擬，并強調了將大撓度納入模擬以考慮實際行為的重要性。
本文比較了兩種驅動軸在扭轉作用下的模擬，一種是大撓度開啟，另一種是無大撓度開啟。仿真強調了大撓度的思想和重要性。
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基于APDL理想氣體的空氣鞋墊大變形仿真 ￥5
流固相互作用是工程應用中常見的問題。一種情況是液體（或氣體）包含在固體中，在固體上施加各種載荷，例如輪胎、充氣鞋和流體容器。靜壓流體元件非常適合這種應用。介紹了一種模擬氣囊式氣鞋的方法。鞋內的空氣遵循理想氣體定律。這些靜壓流體元件是通過Ansys機械中的命令行定義的。
基于ABAQUS的CEL大變形仿真 ￥1
基于ABAQUS的CEL大變形模擬
1.幾何模型構建
2.材料參數定義
3.網格系統構建
坯料不進行網格劃分
4.求解設定如下
流固耦合分析只能采用顯示動力學分析
坯料刪除或抑制
應力云圖
等效塑性應變云圖
基于ABAQUS的橡膠密封圈大變形仿真分析
橡膠圈的材料選取、形狀的設計及受力大小對其密封性能有很大的影響，然而在實際壓縮試驗過程中很難觀測到其受力變形的瞬態大變形行為。通過ABAQUS有限元分析可以得到橡膠圈的受力變形過程，對產品的設計及優化具有較大的幫助，也有利于縮短研發周期，降低經濟成本。
2模型建立
模型采用常用的橡膠材料與模具裝配模型，如圖1所示。整個建模過程與后續的有限元分析中均采用統一的mm單位制。
圖1 模型基本尺寸
3有限元分析
本案例的有限元分析是在ABAQUS 2017平臺上全程進行的。運用Standard/Explicit分析模塊，之后進入Part模塊創建上述分析模型。建立的有限元模型如圖2所示。模型中主要涉及兩種材料模型，橡膠本構已經很成熟了，選用超彈性Mooney-Rivlin本構，模具使用鋼鐵本構，輸入基本的物理參數即可。橡膠圈及鋼鐵本構參數分別如圖3、4所示。之后定義接觸及邊界條件完成有限元模型的前處理操作。
圖2有限元模型
圖3橡膠圈本構參數
圖4模具本構參數
4結果與討論
模型的后處理操作是在Abaqus/CAE的Visualization模塊，模型求解完成后對云圖只顯示材料填充區域云圖，此時，橡膠材料就從一開始的圓形被壓縮成類似于矩形的形狀，如圖5所示。
圖5應力云圖
5結論
本案例針對橡膠圈進行了一個簡單的大變形分析，從應力云圖來看，仿真結果很好模擬了橡膠圈在壓縮時候的大變形行為，后續可以單獨提取最大變形處的應力應變曲線等，對產品的設計有一定的參考意義。
展開 當橡膠制品仿真可以模擬300%變形，而試驗數據在100%就中斷時，我們做了什么？
導讀
如果您正在為橡膠件大變形仿真（例如：橡膠襯套的非線性剛度仿真）不準而困擾，或苦于缺乏高質量的等雙軸拉伸應力-應變數據來標定橡膠超彈性本構模型，那么這項正支撐國家標準制訂和驗證的創新測試方法，可能是您一直在尋找的答案。
近日，易瑞博科技（E-rubber）一項關于“充氣式變溫等雙軸測試與仿真集成平臺”的技術實踐案例，經過評審，入選了中國科協企業創新服務中心建設的“企業科技工作者評價案例庫”。
同時，由E-rubber作為主要起草單位之一的國家標準《硫化橡膠或熱塑性橡膠 等雙軸拉伸應力應變性能的測定》正處于關鍵的征求意見與全國多地試驗室的對標驗證階段。
那么，一項為解決實際工程難題而誕生的技術方法，是怎樣從企業的試驗室走出來，最終成為整個行業都能參考和使用的公共標準的？
我們最初
要解決什么問題？
01
PART
做橡膠工程仿真的同仁都熟悉一個難題：CAE軟件能輕松模擬橡膠材料超過200%、300%甚至更大的應變，但試驗室里傳統的多端夾持（例如十字形夾具、16爪夾具等）等雙軸拉伸設備，往往因機械夾持的固有限制，難以穩定、可靠地獲取大應變下的高質量等雙軸拉伸數據。
十字形夾具
16爪夾具
這導致橡膠材料本構模型的擬合，在很大程度上依賴“外推”和“猜測”。
無論是輪胎胎側的大變形分析，還是橡膠懸置的疲勞壽命預測，因為缺少這部分關鍵數據，許多設計往往被迫預留過多的余量以保證安全，或者在后期需要依賴更多實物樣品的反復測試來驗證。
這個問題，是制約許多高端橡膠部件實現仿真驅動設計、精準迭代的共性瓶頸。它首先是一個技術問題，但更深層地，是一個關于數據完備性和方法可靠性的基礎性問題。
展開 仿真應用 | Workbench大變形開關對有限元求解的影響
加載100N，查看線性分析和大變形分析的應力和位移
加載200N，查看線性分析和大變形分析的應力和位移
加載500N，查看線性分析和大變形分析的應力和位移
結論
當變形為壁厚的20%，線性分析和大變形分析的位移結果是近似的。
當變形為壁厚的50%，線性分析和大變形分析的位移結果相差10%。
當變形為壁厚的100%，線性分析和大變形分析的位移結果相差30%。
大變形分析的位移結果總是小于線性分析。
建議
大變形分析需要迭代，所以計算量大。對于較大的模型，可能會影響求解效率。對于小模型，計算量小，線性分析和非線性分析的求解時間相差不大。
當結構承受的載荷較大，結構變形較大時，是否考慮大變形效應（幾何非線性分析），求解結果是不一樣的。如果很明確所分析問題是線性問題，可以不打開大變形選項。
如果對分析問題的幾何非線性屬性不確定，建議打開幾何非線性設置。
實際工作中，可以對比同一問題的線性分析結果和幾何非線性分析結果，這樣不僅可以得出正確的分析結果，也可以從對比中鑒別出該問題的幾何非線性程度。
展開 如何模擬非線性大變形問題-基于ABAQUS對圓管扭曲進行仿真 ￥1
需要移動其中一個小圓管，將一個環沿z方向移動+250；
Step：
Interaction：分別對兩個環與圓筒進行tie約束，細節見付費內容；建立一個general Contact，見下圖，Control Property見付費內容
Load：對圓筒底部固定,活動端旋轉一定角度，見圖
Mesh：常規網格劃分即可，注意圓筒網格密度要小，否則計算結果誤差太大甚至不收斂，見付費內容。
Job：提交運算即可，本人電腦配置太低，I5-4500h，8g內存，耗時兩小時，讀者視配置而定。
后處理：
由變形結果易知，利用abaqus模擬圓筒扭曲是可行的。由于實驗成果為借用他人，無法通過嚴謹的數據來校核仿真結果，是本文的缺陷之一。時間緊湊，過程未免粗陋，后面附上cae文件（見收費內容）供大家參考，小小花費也是對本人知識成果的尊重。
展開 CEL與Lagrange模型在大變形分析時的適用性CEL與Lagrange模型在大變形分析時的適用性
對同一個模型來講，通常，拉格朗日建模方式計算更加準確，計算效率更高，因為所有的幾何體都采用拉格朗日單元類型，而CEL建模方式的計算更加耗時，且產生的文件更大，一個直接的原因是流體或大變形幾何體是歐拉體模型，采用歐拉單元建模，而歐拉單元的數量要明顯多于相應的拉格朗日模型的單元數量。
但是，如果模型要經歷極大變形，那么這兩種建模方式的優劣就要好好評價一下了。在大變形分析中，拉格朗日模型容易發生網格畸變，網格畸變區的計算結果準確性將會大打折扣，產生不可信的結果甚至計算中斷得不到結果；而CEL模型在犧牲一定的幾何模型精度和結果準確性的前提下，計算會非常穩定，網格不會發生畸變，相較于拉格朗日的網格畸變區反而會得到更加合理的計算結果。所以，在選擇建模分析方式時，尤其是大變形分析，兩種方法孰優孰劣，需要結合一定的經驗和以往案例，選擇折中處理或者兩種都用以綜合衡量。
本篇案例是一個鉚接案例，如下面的示意圖所示。 ? 具體的模型長下面這樣：左邊是中央截面圖，右面是實物圖，上下兩部分是沖模，張揚帶孔圓盤是固定模板，上下兩部分沖模同時施力以使鉚釘達到最終的變形。 ? 這個過程很明顯是一個極限大變形過程，我們可能關心這個過程中的三個問題：
1、 鉚釘在成型過程中的變形是否適當？
2、 成型后，鉚釘是否有足夠的力量保持材料的連接？
3、 成型過程工具的壓力是否足夠？
那么這三個關心的問題我們可以考察分析鉚釘的變形位移、成型后的等效塑性變形和成型過程中的沖模受力等變量，去評估我們關心的問題從而做出一些結論或改進。 本案例不再進行step by step的演示，各位小伙伴可以自行練習。下面來具體看一下分析模型和相關結果。 ?
左邊是拉格朗日建模，右邊是CEL建模。兩種建模方式中，接觸全部采用無摩擦通用接觸。
展開 橡膠等雙軸拉伸測試技術的演進：為何更大的應變范圍對仿真精度至關重要
數據質量的提升
避免了機械夾持帶來的應力集中和邊緣失效，試樣的失效點通常發生在球面中心有效變形區域，不會引入裝夾導致的材料缺陷，確保了在材料達到等雙軸極限破壞強度前，都能采集到穩定的試驗數據。同時，非接觸式的應變測量（可搭配激光引伸計或帶DIC功能的視頻引伸計）進一步提升了變形數據的可靠性。
應變范圍如何直接影響
非線性剛度仿真精度
對于橡膠類材料，其應力-應變關系具有高度的非線性，尤其在經歷大變形時，普遍會出現明顯的“硬化效應”。仿真分析的精度，嚴重依賴于本構模型能否準確捕捉這一現象。
模型校準與外推風險
若僅依靠0-50%應變范圍的等雙軸數據，所擬合的模型完全無法預測材料在100%-200%應變下的硬化行為。用此模型進行大變形仿真，會嚴重低估結構剛度，可能導致產品在設計中產生過大的位移或密封失效風險。
提升仿真置信度
當等雙軸測試數據能覆蓋至200%甚至300%的應變時，本構模型的擬合就建立在“內插”而非“外推”的基礎上。這意味著，對于絕大多數工程應用場景，仿真分析都是在經過校準的數據范圍內進行，其結果的可信度將得到顯著提升。
等雙軸拉伸試驗曲線與擬合曲線對比圖
總結
測試技術的進步，核心在于更準確揭示材料力學行為。充氣式等雙軸拉伸技術突破了傳統方法在應變范圍和數據質量上的瓶頸，為仿真提供了更可靠的數據基礎。
如需獲取超過200%應變范圍的精準等雙軸拉伸試驗數據，歡迎點擊"閱讀原文"或掃描下方二維碼與我們聯系。
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ANSYS Workbench——大變形和塑性變形
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【免費】workbench中橡膠壓縮變形分析-自適應網格+大變形
workbench中橡膠壓縮變形分析
橡膠壓縮是密封圈當中經常遇到的一種現象，但是仿真分析對于橡膠壓縮有很難收斂的現象，本實例通過兩個簡單模擬（公眾號: CAE_ANSYS）
方法說明橡膠壓縮的過程和方法，通過本實例可以了解到以下知識
1.自適應網格的應用方法
2.橡膠材料參數的設置
3.非線性接觸的設置
5.模型建立方法
模型
建立分析模型，如圖所示，本實例以一個簡單模型為例
2.初始網格隨意劃分
3設置自適應網格，采用mesh方法，計算過程自動加密網格，需要注意的是，必須打開大變形，單元必須去除中間節點
4邊界條件采用，向下強制位移的方法
5提取結果（公眾號: CAE_ANSYS）
可以看到網格發生了重新劃分，網格由三角形劃分成了4變形
另一個模型是模擬橡膠壓縮的過程，上下兩個剛性體擠壓中間的橡膠，結果顯示中間橡膠發生大變形
本實例需要注意的是，橡膠材料的設置，不需要設置彈性模量，還有就是接觸的設置，需要選擇相應的線體為接觸面，最好將模型分割，最后獲取相應的結果。
以下模型為兩個模型的計算原始文件，供大家免費參考
（公眾號: CAE_ANSYS）
供大家免費參考，版本為ansys17.2
rubber.zip
展開 暨大《Scripta》：大塑性變形金屬玻璃實現優異析氫催化性能！
劇烈的塑性變形使樣品的能態增加了約21.7J/g而不引起結晶。在0.5 M H2SO4和1.0 M KOH 條件下，HPT處理的Pd40Cu30Ni10P20MG在10 mA/cm2處的過電位分別為76mV和209mV，遠小于那些在相同條件下未經HPT的熔紡Pd40Cu30Ni10P20MG的電位(分別為179 mV和379mV)。改進的HER性能應主要歸因于通過嚴重的塑性變形顯著增加非晶基體中流動單元的密度。Pd40Cu30Ni10P20金屬玻璃(MG)上的高壓扭轉(HPT)產生的劇烈塑性變形將在非晶基體上產生更多的流動單元，并顯著提高酸性和堿性介質中的電催化析氫反應(HER)性能。本文為金屬玻璃(MGs)催化劑的設計提出了指導性建議，對未來氫能源的開發利用產生有益影響。
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