超彈性的案例
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中定義橡膠超彈性材料
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）對于根據實驗數據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，計算過程可能不穩定。Abaqus 通過穩定性檢查來確定可能出現不穩定的應變值大小，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，建議大家使用Abaqus軟件內置的Python開發接口實現。
文章來源： 力學與Abaqus仿真
展開 Abaqus中定義橡膠超彈性材料
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）對于根據實驗數據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，計算過程可能不穩定。Abaqus 通過穩定性檢查來確定可能出現不穩定的應變值大小，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，建議大家使用Abaqus軟件內置的Python開發接口實現。
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 
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 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。
abaqus超彈性材料子程序UMAT之對得上與對不上
超彈性材料是一種常見的材料模型，其主要用于模擬橡膠等材料的超彈性性質。具體來說，其是通過一個彈性勢能的函數來描述材料的應力應變關系。在實際中，采用超彈性材料制成的結構通常都伴隨著大變形/大應變的響應，因此實際中超彈性材料的彈性勢能函數往往以大變形的應力度量PK-2應力和格林應變E表達，PK-2應力可由勢能函數對格林應變求微分求得。
彈性勢能函數不同，所得到的的應力與應變關系就不同，常見的超彈性材料本構模型包括NEO-HOOKEAN，Mooney-Rivlin等。
在通用有限元軟件abaqus中，對于超彈性材料本構的二次開發可以采用UHYPER或UMAT進行，幫助文檔也提供了幾個UMAT的具體例子。在verification manual4.1.21中提供了不可壓縮單元的用戶材料子程序和模型：
該模型具體如下所示：
采用同樣模型并用abaqus內置的neo-hookean模型與該使用子程序的模型進行對比，計算結果一致。
然而，如果稍加修改其邊界條件，將其邊界條件改為一端固定一端拉伸：
則兩個模型的計算結果如下：
內置NEO-HOOKEAN模型與umat在該邊界條件下計算結果并不一致，而內置模型明顯相對剛度更大。
具體原因，目前還沒有找到，以下是該模型的鏈接，歡迎各位測試指正。
鏈接: https://pan.baidu.com/s/1Sd53tGjQTHjuPSU_FxXv8Q 提取碼: r3f4
【完】
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、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 ABAQUS各向異性超彈性本構UANISOHYPER_INV
這是我第一次實踐各向異性超彈性本構子程序UANISOHYPER_INV，中間走了幾步彎路，好在最后問題都解決了。把這個過程記錄下來，為后人鑒。
1 超彈性本構
剛接觸超彈性本構的時候，很不適應。因為我之前研究的本構，都會給出非常明確的應力應變關系。比如最簡單的：應力=剛度矩陣×彈性應變。
超彈性本構一般不這么給，給的都是應變能和不變量之間的關系。比如這樣：
對于新的東西，我本能地用原有的知識體系去套。于是開始拼命的去檢索相關文獻，試圖找到超彈性本構應力和應變的關系到底是怎么表達的。
結果呢就是，撲街。大家都在各種秀張量，秀應變能，秀不變量。我一度認為這些人閑著沒事，凈搞形式。
但是也不是一無所獲，文獻中的蛛絲馬跡都指向了UANISOHYPER_INV子程序。
2 UANISOHYPER_INV子程序
UANISOHYPER_INV子程序是干啥的？它就是專門用來定義各向異性超彈性本構的。那么自然的你就會想，是不是還有專門定義各向同性超彈性本構的呢？當然，這個子程序叫UHYPER。
看懂了UANISOHYPER_INV子程序的設定，你就會恍然大悟，原來真的不需要定義應力應變關系，只要知道應變能和不變量的關系就行了啊。
UANISOHYPER_INV子程序的基本結構如下：
其中主要變量的介紹如下：
也就是說，在UANISOHYPER_INV子程序中定義出應變能、應變能對不變量的導數即可。
于是我按照幫助文檔的提示，一步步完成了子程序編寫。但是在測試的時候，問題接踵而來。
1 無法提交計算
做了一個簡單拉伸算例。但是提交計算時候，總是報錯：
報錯信息告訴我，可壓縮性材料不能用雜交單元。這個確實不能用，但是我好像沒有用啊。
展開 【子程序】Abaqus顯式分析梁單元超彈性VUMAT
顯式分析梁單元超彈性不可用
有次在做一個張拉整體結構分析時，為對比拉力材料對Tensegrity沖擊動態響應的影響，我試了尼龍和橡膠材料，并且對單元類型也進行了不同的嘗試-Beam/Truss Element，當試到B31-超彈性本構這個組合時，Abaqus返回了一個ERROR: "Hyperelasticity or hyperfoam is not available with beam elements in Abaqus/Explicit."
Tensegrity分析（Truss）：左-尼龍線，右-橡皮筋
這個報錯難道是因為橡膠材料的不可壓縮性？帶著疑惑查了查幫助文檔：Abaqus有明確地說明超彈性本構模型可以用于Standard中的梁單元，但沒有提Explicit梁單元能不能用，表達算是比較模糊，因為其他本構模型的介紹中，往往對于禁用單元講的都比較干脆。
適用于顯式梁單元的超彈性VUAMT
后來發現，原來達索官方專門為顯式分析的梁單元提供了一個超彈性本構模型的VUMAT，其應變能函數是基于第一不變量I1的描述，可以通過用戶提供的單軸名義應力-應變數據，計算有限變形框架下的柯西應力，不過目前沒有將其正式內置于Abaqus材料模型中，所以很多人都不知道。
展開 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，已成為現代工業的重要原材料。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。
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展開 
.: 納米晶Ti-44Ni-5Cu-1Al（at％）合金中穩定且良好的超彈性和彈
【引言】
形狀記憶合金（SMA）的超彈性已在包括生物裝置在內的領域獲得實際應用。它是由應力誘發的馬氏體轉變（MT）和逆轉變引起的。由于MT與潛熱有關，因此當絕熱地施加或去除應力時，應力誘導的MT導致試樣溫度升高或降低。這種行為通常被稱為彈性熱效應。最近，SMA中的彈性熱效應引起了很多關注，因為它具有可用于新的制冷系統的高潛力。對于超彈性和彈性熱效應，高抗疲勞性和良好的可加工性是實際應用的重要因素。
在許多SMA中，Ti-Ni SMA因其優異的機械性能和可加工性而得到最廣泛的應用。有趣的是，由于與應激誘導的MT相關的高潛熱，Ti-Ni SMA中的彈性熱效應也很好。盡管已經進行了許多研究以改善Ti-Ni SMA的超彈性和疲勞性能，但它們的改進仍然是最具挑戰性的主題。減小晶粒尺寸對改善機械性能是有效的。然而，它的疲勞特性并不令人滿意。據推測，母體和馬氏體相之間較差的晶格相容性將是疲勞性能不足的主要原因。
Ti-Ni SMA中有三種馬氏體相。它們是R相，B19相和B19'相。盡管對于B2-B19'轉變來說，超彈性應變是最大的，但對于大多數合金來說，B2相和B19'相之間的晶格相容性并不好。因此，通過反復B2-B19'轉變，缺陷在試樣中積累，導致疲勞性能不足。B2相和R相之間的晶格相容性較好，并且B2-R轉變有優異的疲勞性能。然而，B2-R轉化的轉變應變和潛熱很小，這限制了這種轉化的使用。人們普遍認為，超彈性和疲勞特性是B2-B19轉化的中間因素。對于B2-B19轉變，考慮到通過引入細小顯微組織和更好的疲勞性能來改善超彈性，可以在有B2-B19轉變的合金中，通過引入細小顯微組織來獲得優異的超彈性。
展開 案例50-用超彈性材料分析法向壓力腦積水
該問題顯示了如何在法向壓力和熱載荷的組合下，通過使用超彈性材料的耦合單元來求解位移、孔隙壓力和溫度。
重點介紹了以下特性和功能：
• 多孔介質
• 耦合孔隙壓力熱機械固體單元
介紹和問題描述
腦積水是一種腦部疾病，其中腦室擴張并壓迫實質。
參考文獻說明了正常壓力腦積水患者通過計算機斷層掃描（CT）獲得的大腦軸向截面中的心室擴張。在我們的模擬中，考慮以下腦斷層掃描的軸向截面進行分析：
將對心室施加壓力和熱載荷。進行土壤分析選項（ANTYPE，soil）和固結選項（SSOPT，consolidation），以確定孔隙壓力和溫度分布。
建模
采用耦合孔隙壓力熱CPT212單元對橫截面進行建模：
大腦橫截面被建模為平面應變狀態。溫度自由度可實現熱載荷效應。
材料屬性
大腦是用新胡克超彈性來建模的。應變能勢的Neo-Hookean形式由下式給出：
其中：
W=單位參考體積的應變能
以下輸入定義了Neo-Hookean超彈性：
以下輸入指定了各向同性腦滲透性：
以下輸入為大腦分配了1.0的Biot系數：
考慮熱效應：
通過以下輸入指定熱特性：
邊界條件和加載
邊界條件和載荷如圖50.1所示：具有邊界條件的大腦軸向截面示意圖。
對于橫截面的外表面，X和Y自由度是固定的?？紫秹毫榱悖瑴囟葹?7°C（人類平均溫度）。
對于內表面，施加溫度等于39°C的熱邊界和666.61 Pa的壓力載荷。
對于整個身體，初始溫度為37°C
分析和求解控制
對腦積水分析進行土壤分析（ANTYPE，soil）。
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
基于VB的ANSYS二次開發之超彈性材料模型算法
ANSYS的TB，HYPER命令給用戶提供了各種不可壓縮和可壓縮的超彈性材料模型，比如：Polynomid Form模型、Mooney-Rivlin模型、Neo-Hookean模型、Yeoh模型、Arruda-Boyce模型、Gent模型、Ogden模型、Hyperfoam模型以及Blatz-Ko模型等。但是對于需要使用另外模型的用戶，則需要UserHyper用戶子程序來編寫自己的超彈性材料模型。
UserHyper用戶子程序介紹
用戶可以使用如下命令調用用戶定義的超彈性材料模型：
TB,HYPER,,,,USER
可以使用所有支持超彈性材料的單元。
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