超彈性
關注創(chuàng)建者：不想說、 創(chuàng)建時間：2018-05-25
超彈性的視頻教程
橡膠及泡棉類超彈性材料_力學仿真方法介紹(ABAQUS)
視頻主題: 橡膠及泡棉類材料的超彈性力學仿真方法介紹 作者: 櫛比鱗臻 北京大學力學系 博士后 視頻主要介紹了超彈性力學行為的仿真建模方法，也就是對于橡膠及泡棉類材料，如何建立函數(shù)關系，用于描述應力與應變、溫度、時間、循環(huán)載荷歷程等因素之間的聯(lián)系。同時，也會介紹利用ABAQUS的進行超彈性材料的力學仿真，在設置和操作中應該注意哪些事項。
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溫度及應變率相關超黏彈性本構的建立、推導、參數(shù)識別與有限元應用
本課程包含基于Neo-hookean超黏彈性本構的模型建立、公式推導、參數(shù)識別、時溫等效和有限元應用五大章節(jié)。 在模型建立章節(jié)中，從認識材料的力學行為、本構關系出發(fā)，到線性黏彈性的比例關系和疊加原理，推導了Maxwell模型和Kelvin模型、廣義Maxwell模型等的本構方程，認識超彈性模型并最終建立廣義Maxwell形式的基于Neo-Hookean的超黏彈性本構。
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超彈性的實例教程
經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)擬合試驗表明，對于該材料試驗數(shù)據(jù)，雙參數(shù)“Mooney-Rivlin超彈性模型”擬合數(shù)據(jù)的效果優(yōu)于其他模型，決定采用雙參數(shù)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(yè)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(jīng)過一系列數(shù)據(jù)擬合試驗表明，對于該材料試驗數(shù)據(jù)，雙參數(shù)“Mooney-Rivlin超彈性模型”擬合數(shù)據(jù)的效果優(yōu)于其他模型，決定采用雙參數(shù)Mooney-Rivlin模型。
第 2 步：設置
在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態(tài)結(jié)構分析：
步驟3：工程數(shù)據(jù)（材料模型）
本教程最重要的部分是創(chuàng)建和定義材料數(shù)據(jù)。
創(chuàng)建一個名為“橡膠”的新材料：
擴展超彈性實驗數(shù)據(jù)，將單軸測試數(shù)據(jù)、雙軸測試數(shù)據(jù)和剪切測試數(shù)據(jù)添加到創(chuàng)建的材料模型中：
單軸測試數(shù)據(jù)參數(shù)：
雙軸測試數(shù)據(jù)參數(shù)：
剪切試驗數(shù)據(jù)參數(shù)：
展開超彈性并將“Mooney-Rivlin 雙參數(shù)模型”測試數(shù)據(jù)添加到創(chuàng)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(shù)據(jù)，線表示“雙參數(shù) Mooney-Rivlin 模型”擬合的曲線。
展開 關于 Abaqus 中的超彈性材料，還應注意以下問題：
1）Abaqus中默認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（設置 Nlgeom 為 ON）；
3）對于 Abaqus/Standard 分析，默認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，可以將該值設置為大于0.495；對于 Abaqus/Explicit 分析，默認情況下，假定超彈性材料是接近不可壓縮的（泊松比大于0.475）；
4）Abaqus 采用應變勢能（strain energy potential）來描述超彈性材料的應力-應變關系，而不是采用楊氏模量 E 或泊松比 ；
5）對于根據(jù)實驗數(shù)據(jù)確定的超彈性材料模型，當應變值達到一定程度（變形較大）時，計算過程可能不穩(wěn)定。Abaqus 通過穩(wěn)定性檢查來確定可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的應變值大小，并在 DAT 文件中給出相應的警告信息。
6）如果用戶希望快速錄入和確定橡膠材料的力學特性參數(shù)，建議大家使用Abaqus軟件內(nèi)置的Python開發(fā)接口實現(xiàn)。
文章來源： 力學與Abaqus仿真
展開 關于 Abaqus 中的超彈性材料，還應注意以下問題：
1）Abaqus中默認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（設置 Nlgeom 為 ON）；
3）對于 Abaqus/Standard 分析，默認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，可以將該值設置為大于0.495；對于 Abaqus/Explicit 分析，默認情況下，假定超彈性材料是接近不可壓縮的（泊松比大于0.475）；
4）Abaqus 采用應變勢能（strain energy potential）來描述超彈性材料的應力-應變關系，而不是采用楊氏模量 E 或泊松比 ；
5）對于根據(jù)實驗數(shù)據(jù)確定的超彈性材料模型，當應變值達到一定程度（變形較大）時，計算過程可能不穩(wěn)定。Abaqus 通過穩(wěn)定性檢查來確定可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的應變值大小，并在 DAT 文件中給出相應的警告信息。
6）如果用戶希望快速錄入和確定橡膠材料的力學特性參數(shù)，建議大家使用Abaqus軟件內(nèi)置的Python開發(fā)接口實現(xiàn)。
文章來源：力學與abaqus仿真
展開 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(jié)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(jié)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(jié)果與分析
兩種超彈性本構方式的仿真結(jié)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(zhuǎn)、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 文章中公式以及其對應的參數(shù)總結(jié)如下：
這里使用文章的模型和參數(shù)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(jié)果，右圖為亞彈性結(jié)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(shù)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(jié)果，右圖為隱式結(jié)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(jié)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(jié)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。
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超彈性的相關專題、標簽、搜索
超彈性的最新內(nèi)容
目標
探究超彈性材料的特性
加深對大型非線性變形的理解
了解軸對稱建模的工作原理
步驟
1、在Ansys Workbench中創(chuàng)建一個靜力結(jié)構分析系統(tǒng)。
2、定義超彈性材料。
3、導入O型圈幾何模型。該仿真基于二維方案進行，然后通過旋轉(zhuǎn)得到三維結(jié)果。O型圈與設備的橫截面如圖1所示。
圖 1.
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(zhì)量的等雙軸拉伸應力-應變數(shù)據(jù)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(chuàng)新測試方法，可能是您一直在尋找的答案。
粘-超彈耦合本構模型構建
對于需要同時模擬大變形超彈性與時間依賴性的復雜工況，我們可提供粘-超彈耦合本構模型的校準服務，將超彈模型與粘彈性模型無縫結(jié)合。
超彈性本構參數(shù)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(nèi)達到最佳擬合精度。
在橡膠類超彈性材料的力學特性表征中，等雙軸拉伸測試是構建精確本構模型的核心試驗之一。
長期以來，傳統(tǒng)周向夾持（傳統(tǒng)16爪式）裝置被廣泛使用，但其技術局限也逐漸在工程實踐中顯現(xiàn)。本文將從專業(yè)角度，對比新興的充氣式等雙軸拉伸技術，并重點探討測試應變范圍的提升如何直接影響結(jié)構仿真的可靠性。
我們通過專業(yè)的材料參數(shù)識別技術與工程經(jīng)驗，為您完成：
1
多軸測試數(shù)據(jù)的協(xié)同擬合，避免超彈性模型在復雜載荷下失準。
2
粘彈性模型（如Prony級數(shù)）參數(shù)的精確標定。
3
疲勞損傷模型（裂紋擴展與萌生）的建立與驗證。
4
各類老化、軟化效應的模型參數(shù)識別。
常用六種超彈性本構模型：Mooney-Rivlin模型、Neo-Hooke模型、Yeoh模型、Ogden模型、Vander Waals模型和Arruda-Boyce模型。
無磨損驅(qū)動與超彈性
可承受百萬次循環(huán)無損傷，超彈特性在碰撞時可形變卸力，無剛性沖擊。
驅(qū)動與感知一體化
電阻隨相變過程實時變化，可直接作為內(nèi)置位置 / 力傳感器，減少外部傳感配置，降低系統(tǒng)復雜度。
多單元協(xié)同易擴展
鈦絲可陣列化、串并聯(lián)組合，實現(xiàn) “分布式肌肉驅(qū)動”，精準復現(xiàn)生物肢體的多自由度協(xié)同運動。
涵蓋材料的屈服（塑性）、超彈性（橡膠）、蠕變或粘彈性。一旦進入塑性區(qū)，卸載后將存在殘余變形。
4?? 接觸非線性 (Contact Nonlinearity)
最難收斂的一種。系統(tǒng)的邊界條件隨運動狀態(tài)改變。從“分開”到“接觸”，剛度會發(fā)生突跳。
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(nèi)容簡介：
本次網(wǎng)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
