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1.1.引言autoSHPB_2.2是基于Abaqus開發的分離式霍普金森壓桿（SHPB）全流程自動仿真插件，具備在插件界面設置好參數后，一鍵全流程仿真，無需手動輔助，自動完成幾何-網格-材料-接觸設置-載荷-場輸出-歷史輸出等流程。

在Abaqus中，所有超彈性模型均使用分離為偏離和體積部分的應變能勢函數。例如，多項式模型使用以下形式的應變能勢：右側的第一項表示彈性應變能密度函數的偏量部分，第二項表示體積部分。

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。

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。

圖7、位移加載云圖 2、應變云圖：通過調整輸出的場變量，我們還可以查看在加載過程中橡膠襯套對數應變的數值，并對其疲勞壽命做出相應的預測。 圖8、應變云圖 3、剛度曲線：借助ABAQUS軟件的歷程輸出數據，我們可以做出整個加載過程中的位移與作用力的關系曲線，即得到了該硬度下，此橡膠襯套的靜剛度曲線。

在Abaqus中，所有超彈性模型均使用分離為偏離和體積部分的應變能勢函數。例如，多項式模型使用以下形式的應變能勢：右側的第一項表示彈性應變能密度函數的偏量部分，第二項表示體積部分。

2．內能組成 內能是能量的總和，它包括可恢復的彈性應變能EE；非彈性過程的能量耗散（例如塑性）EP；粘彈性或者蠕變過程的能量耗散ECD；和偽應變能EA：l 彈性應變能EE：可恢復的能量。l 非彈性耗散能EP：如塑性變形等過程的能量耗散。l 粘彈性耗散能ECD：粘彈性或蠕變過程的能量耗散。

2 應力更新計算方法優化ABAQUS中編寫自定義本構模型需要推導出在笛卡爾三維（或二維）坐標系下單元積分點的雅可比矩陣DDSDDE，即求解出該積分點各應力增量對應變增量的變化率?σ/?ε，并據此對該增量步的總應力和狀態變量進行更新、輸出，通過接口返回ABAQUS主程序[6]。

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。

*DENSITY材料密度** Mullins應變循環試驗數據格式(單個應變循環)*UNIAXIAL TEST DATA應力1,應變1應力2,應變2......** 輸出單元能量損耗*ELEMENT OUTPUT,ELSET=單元集DMENER,** 定義節點自由度耦合方程*EQUATION方程中的項數節點編號/集合1,自由度1,系數1,節點編號/集合2,自由度2,系數2,......

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。

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。

實驗室萬能試驗機直接輸出的拉伸曲線稱為工程應力應變曲線，其定義方式為：工程應力 = 力 / 原始截面積；工程應變 = 伸長量 / 原始標距長度。這種表達方式假設樣條在整個拉伸過程中截面積不變，與實際情況存在偏差。

在ABAQUS中，幾何非線性即大變形可在分析步 (Step) 中選擇開啟，開啟后在分析過程中會考慮到幾何非線性。材料庫中有豐富的材料可供選擇，對于橡膠材料可選擇超彈性、粘彈性。

插件在ABAQUS下側提示欄內輸出當前參數計算的彈性模量、抗壓強度代表值、峰值壓應變、抗拉強度代表值、峰值拉應變等曲線特征值信息。 參數說明 單位制：本插件采用單位為牛、毫米、兆帕，因此對應的基本單位為長度：毫米、時間：秒、質量：噸。 Strength：混凝土強度等級。

1.2.2 定義橡膠本構超彈理論認為：橡膠材料具有與應變率無關的非線性彈性特性，隨著外力的消失，材料可以恢復到原始狀態，橡膠材料應力應變關系可以用單位體積應變能來度量。Yeoh[4]通過分析應變能函數，提出了三次應變能函數，如式(2)所示，稱為Yeoh本構方程。

Abaqus為用戶提供了多種本構關系來模擬超彈性材料，這種材料具有高度非線性，當Abaqus進行模擬時假設這種材料是具有彈性、各向同性，并且同時考慮幾何非線性效應。與材料的剪切柔度相比，對于大多數類似橡膠的固體材料，其可壓縮性非常小，當分析對象為平面應力問題、殼、薄膜、梁、桁架、或者鋼筋等，這個問題不值得關注。但是對于固體、平面應變或者軸對稱問題卻不能忽略。