超彈性仿真的案例
軟體機器人超彈性材料本構賦予的兩種實現方式 ￥29.99
引言：超彈性材料是軟體機器人實現 “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：一是直接調用內置的Mooney-Rivlin 應變勢能模型，適用于常規彈性體（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、參數設置、分析步、相互作用等），詳細闡述實現邏輯、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 “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（如 Ogden 模型、Yeoh 模型），可覆蓋小至大變形全范圍，與實驗數據誤差穩定在 3% 以內，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，且自定義函數的導數計算會增加迭代復雜度。
（3） 收斂性表現
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 “迭代終止” 問題。
展開 Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析
11月11日，Ansys官方『Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析』研討會為您展開介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，還將簡要介紹Ansys最新收購的聚合物材料建模工具PolymerFEM，感興趣的下滑預約學習??
時間：11月11日（星期二），16：00-17：00
內容簡介：
本次網絡研討會主要介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，聚焦于超彈性本構的選取、基于測試數據的材料參數擬合、非線性計算設置與收斂性調試等關鍵技術。 此外，還將簡要介紹Ansys最新收購的聚合物材料建模工具PolymerFEM。
講師：
韓鎮澤 | Ansys高級應用工程師
具備多年結構有限元仿真在不同領域的應用經驗。專注于PCB封裝結構可靠性方案，以及消費電子、半導體等行業應用。主要負責產品：Mechanical，Sherlock，PolymerFEM。
形式：線上
費用：免費
掃碼立即報名
(web: https://s.jishulink.com/ObT0WL)
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技術鄰簡介：
技術鄰，是一家深耕工科制造業領域逾二十年的專業技術平臺。
我們的服務覆蓋力學、機械、材料、航空、交通運輸、電子電氣、通信、化工、能源、船舶、冶金、建筑土木、水利測繪等眾多專業方向。以CAE仿真為特色和入口，在結構、流體、電磁、熱動力學、工藝、聲、光及加工工藝等領域，擁有深厚的專家資源和項目經驗。累計幫助1200+企業解決制造業研發困擾，100萬+工程師提升專業能力。
展開 計算方法 | 淺析橡膠超彈體與粘彈性仿真(超彈篇)
付穌昇
仿真 xiu專欄作者
本文主要依據個人之前學習和工作積累進行橡膠類超彈體材料本構模型在CAE仿真計算的技術簡要整理，由于非此類科學技術計算專業工程人員，唯恐出錯以致誤導，誠懇大家辨別學習，但還是愿意以此種方式進行編寫分享以能給那些曾經如我一樣沒人指導和參與培訓學習的朋友。
很早之前就曾想過把CAE仿真中對于超彈體和粘彈性計算的準備和部分流程方法進行一個分類整理并分享出來。但自身僅做為機械工程普通從業人員，又不是專業的高分子材料仿真從事人員，底氣始終是少了一點，即使曾經很長一段時間自學過相關理論和做過不少相關計算模型，所幸主導過百萬費用級橡膠密封計算項目，但始終怕誤導剛入門這方面仿真的朋友，遲遲不敢下筆。
幾天前，仿真 xiu平臺一句“如果說是真心的分享技術，那么讀者自然會有自己的理解和判斷，無須擔心”，打消了我的顧慮。所以以這種心態利用閑散時間對超彈體和粘彈性計算的CAE仿真初步工作做一個整理，若是對部分讀者有所幫助，那就是莫大的欣慰。本文分為兩個篇幅，第一個篇幅進行橡膠類超彈體本構仿真計算的內容簡述，另一個篇幅簡述粘彈性仿真計算的準備工作。
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系，互相交流學習、答疑。
Q254958758
特殊多孔彈性超材料的仿真分析
超材料是一種人工材料，其性能取決于特定的結構設計而非化學成分。此類材料的結構往往很復雜，因此制造難度相當大。在文本中，我們將通過數值研究探討一種能夠在靜水壓力的作用下膨脹的多孔彈性超材料（由帶空隙的單一材料制成）。
超材料與 3D 打印結合
“3D 打印”和“超材料”是“COMSOL 文章”版塊的兩個熱門話題。它們具有廣闊的應用前景，能夠制造定制的醫療植入物，打印房屋，應用于聲學隱形技術，是改變我們周圍世界的前沿科技潮流。
3D 打印機。圖片由 Jonathan Juursema 提供。在 CC BY-SA 3.0 許可下使用,通過 Wikimedia Commons 分享。
通過兩種技術的結合，我們可以使用直接激光寫入（direct-laser-writing，簡稱 DLW）打印來制造復雜的超材料，這種工藝對于其他制造技術而言相當困難或不可能實現。這個想法的靈感來源于德國卡爾斯魯厄理工學院（Karlsruhe Institute of Technology）和法國勃艮第弗朗什-孔泰大學（Université de Bourgogne Franche-Comté）的研究小組。他們共同研究了在穩定和靜態條件下表現出獨特的負等效壓縮性力學性能的超材料。
研究具有負等效壓縮效應的多孔彈性超材料
研究人員的多孔彈性超材料是一種人造三維復合材料，當周圍環境產生的靜水壓力增加時，將發生各向同性的膨脹。大多數天然彈性材料的反應與之相反，當周圍的靜水壓力增加時，它們的體積會變小。
海綿是一種受多孔彈性現象影響的材料。
那么為什么超材料會膨脹呢？為了回答這個問題，讓我們來觀察一下超材料。超材料由單一的普通固體成分構成，材料內為中空的三維十字結構，此結構內部的隱藏空間包含恒壓空氣。每個十字的末端都有圓形的膜片。
展開 Abaqus超彈性硅橡膠壓縮仿真案例講解
Abaqus超彈性硅橡膠壓縮仿真案例講解
利用超彈性實驗數據進行平面密封模擬（Mooney-Rivlin 超彈性模型） ￥3
經過一系列數據擬合試驗表明，對于該材料試驗數據，雙參數“Mooney-Rivlin超彈性模型”擬合數據的效果優于其他模型，決定采用雙參數Mooney-Rivlin模型。
本教程中使用的單位制是“美國習慣用單位 (in-lbm-lbf-s)”。
步驟 1：概述
汽車工業車門上的密封件。密封件是一條長條橡膠，將被建模為平面應變問題。進行了一系列材料測試，包括單軸拉伸試驗、雙軸拉伸試驗和剪切試驗。
經過一系列數據擬合試驗表明，對于該材料試驗數據，雙參數“Mooney-Rivlin超彈性模型”擬合數據的效果優于其他模型，決定采用雙參數Mooney-Rivlin模型。
第 2 步：設置
在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態結構分析：
步驟3：工程數據（材料模型）
本教程最重要的部分是創建和定義材料數據。
創建一個名為“橡膠”的新材料：
擴展超彈性實驗數據，將單軸測試數據、雙軸測試數據和剪切測試數據添加到創建的材料模型中：
單軸測試數據參數：
雙軸測試數據參數：
剪切試驗數據參數：
展開超彈性并將“Mooney-Rivlin 雙參數模型”測試數據添加到創建的材料模型中：
選擇“曲線擬合”，然后選擇“求解曲線擬合”：
再次右鍵單擊“曲線擬合”，并選擇“將計算值復制到屬性”：
點表示測試數據，線表示“雙參數 Mooney-Rivlin 模型”擬合的曲線。
展開 ABAQUS橡膠墊圈的超彈性及應力松弛行為的仿真教程
由于橡膠材料具有超彈性能，當受到較大外載時，表現出高度非線性的特性，往往使得密封圈的精確仿真求解十分困難。
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。
橡膠密封墊的密封性常用表面接觸應力大小來表示，其力學行為常用超彈性本構模型來描述，同時橡膠具有黏彈性特性，在長期受壓狀態下，會出現力學松弛現象。
本篇文章展示ABAQUS軟件在仿真橡膠墊的超彈性變形行為及應力松弛現象的功能，應力釋放模型采用應力釋放實驗數據，超彈性模型為Mooney-Rivlin超彈性力學模型：
在軟件進行模型裝配，裝配后如圖1所示。先對上模具施加位移，待橡膠密封墊片獲得一定應力場后再仿真應力釋放過程，分別采用靜力隱身和粘性分析步，然后設置場變量和歷史變量輸出，分別如圖2和圖3所示。
圖1 模型裝配圖
圖2 變量輸出
圖3 歷史變量輸出
定義上下模具與橡膠密封墊，摩擦系數為0.16，定義好之后如圖4所示。
展開 基于軸對稱模型的超彈性O型圈壓縮仿真 ￥5
基于軸對稱模型的超彈性O型圈壓縮仿真
1.基于Mooney-Rivlin的超彈性非線性材料模型
2.基于軸對稱2D模型生成3D模型大變形仿真
3.ANSYS Workbench 2025R1源文件
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、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。在大量的實驗數據的基礎上，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勢，為用戶提供了多種橡膠材料的本構模型，用戶可以根據實驗數據和材料的力學行為特征做出選擇。通過擬合實驗數據，確定所選本構方程中的系數，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 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
傳統16爪試樣:
傳統16爪試驗過程:
充氣式試樣:
充氣式試驗過程:
從數據完整性與仿真精度出發，我們更推薦并廣泛采用充氣式等雙軸拉伸技術。該方法通過均勻氣壓使試樣球面膨脹，能有效避免傳統夾具帶來的應力集中和過早破壞，從而將有效應變范圍穩定提升至200%以上，為您的本構模型擬合提供更寬廣、更接近真實工況的數據基礎，顯著提升大變形仿真的預測可靠性。
交付結果示例：
深入了解為何更大應變范圍對仿真精度至關重要，以及兩種技術的詳細對比，請閱讀專題文章：橡膠等雙軸拉伸測試技術的演進
04
體積壓縮試驗
通過在密閉腔體中測量圓柱體試樣的靜水壓力響應，直接獲得壓力與體積變化的關系曲線。這對于在極度受限條件下的橡膠壓縮仿真尤為重要，可用于修正本構模型中的可壓縮性參數，也可獲得準確的橡膠材料泊松比數據，使仿真結果更符合物理現實。
試樣:
試驗過程:
交付結果示例：
05
Mullins效應表征
通過對試樣進行多次循環加-卸載，記錄首次與后續循環的應力響應差異，獲得應力軟化曲線。這些數據用于擬合Mullins模型參數，對模擬產品初次裝配剛度衰減、過載性能變化及準確生熱分析不可或缺。
從數據到模型
專業的參數擬合服務
02
PART
獲取精確的測試數據只是第一步。我們憑借深厚的材料力學背景與仿真經驗，提供專業的參數擬合服務，將試驗數據轉化為可直接用于仿真的高精度材料本構模型。
超彈性本構參數擬合
我們支持擬合Yeoh, Ogden, Mooney-Rivlin 等主流超彈性本構模型。我們的專家會基于您的材料行為，推薦并校準最合適的模型，確保其在您關注的應變范圍內達到最佳擬合精度。
展開 
如何定義橡膠材料的超彈性、粘彈性、本構模型參數
仿真中材料參數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。
超彈性與亞彈性，顯式與隱式的HCP多晶滑移+孿晶（主導孿晶重定向（PTR））計算效率比較
文章中公式以及其對應的參數總結如下：
這里使用文章的模型和參數對超彈性和亞彈性PTR方案進行比較。
二維（200個晶粒X方向壓縮20%）
以下各個圖中左圖為超彈性結果，右圖為亞彈性結果：
應力分布云圖
應變分布云圖：
孿晶分布云圖：
這里使用文章的模型和參數對顯示和隱式PTR方案進行比較
二維（200個晶粒Y方向剪切變形20%）
以下各個圖中左圖為顯示結果，右圖為隱式結果：
應力分布云圖
應變分布云圖：
孿晶分布云圖
拉壓非對稱與織構演化方面超彈性與亞彈性保持一致：
初始極圖：
RD拉伸20%：
RD壓縮20%：
應力應變曲線
模擬的結果建議，使用PTR方案，超彈性建議使用PK2應力和當前強度為迭代變量，并使用雙重迭代方案，亞彈性建議使用柯西應力為迭代變量，兩者在模擬過程中，計算效率相差較小，無論是局部晶粒的應力應變響應，整體的流動應力，以及變形后的織構結果幾乎保持一致。同時涉及到接觸，碰撞問題，修改為顯式對于收斂性的提升是必要的。
展開 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 校準超彈性材料 ￥5
超彈性是聚合物和生物材料的一種特征性材料行為，例如橡膠、靜脈和腦組織。一個共同特征是超彈性材料通常會發生較大的變形。它需要特殊的材料模型和材料性質校準，以考慮超彈性行為。
在本案例中，超彈性通過Mooney-Rivlin材料模型進行建模。提供多組實驗測試數據用于材料性質校準。按照說明文件復現校準過程。之后，對樣品進行拉伸和扭轉模擬，獲得力矩與旋轉曲線。把結果和實驗結果對比，看看是否匹配。
