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關(guān)于非線性材料 材料的非線性意味著變形與載荷不成正比。不同材料的非線性可以大致分為可逆的非線性和不可逆的非線性。可逆的非線性也被稱為彈性非線性，這意味著一旦外部載荷回到起始點，應(yīng)變狀態(tài)就會回到初始狀態(tài)。 表現(xiàn)出不可逆非線性的材料在加載時可以承受永久性的損傷，并且在卸載時不會恢復(fù)到初始狀態(tài)。

在 COMSOL Multiphysics 中可以使用 AC/DC 模塊中的非線性磁性材料數(shù)據(jù)庫中的非線性磁飽和曲線進(jìn)行頻域仿真。您也可以使用有效非線性磁曲線計算器仿真 App 將關(guān)聯(lián)的 B-H 或 H-B 曲線（以前僅支持穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)研究）轉(zhuǎn)換為有效的 B-H 或 H-B 曲線。這篇文章我們將討論如何在頻域仿真中使用這個仿真 App。

其中SIMULIA Abaqus作為非線性仿真的權(quán)威軟件，提供針對塑料和橡膠仿真全方位支持，包括豐富的材料本構(gòu)模型、非線性求解技術(shù)、優(yōu)秀的前后處理等。同時SIMULIA也提供其他多物理場仿真軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)與Abaqus軟件的聯(lián)合仿真。例如結(jié)合Isight用于橡膠非線性材料參數(shù)標(biāo)定、塑料件、橡膠件性能優(yōu)化等工作。這對于確保前期產(chǎn)品設(shè)計滿足性能要求是非常重要的。

表3 斷裂韌性與ERODS結(jié)果（2）面內(nèi)剪切非線性參數(shù)（GMS）的標(biāo)定對于復(fù)合材料的剪切行為，MAT_58 模型通過GMS參數(shù)來描述其非線性。通過開展面內(nèi)剪切試驗，并獲得試驗的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。隨后，在仿真中建立相應(yīng)的剪切模型，調(diào)整GMS的數(shù)值，使仿真曲線與試驗曲線最大限度重合。本案例中，當(dāng)GMS取值為 0.03 時，仿真與試驗曲線吻合良好（圖5），從而確定了該參數(shù)。

在 Abaqus 仿真環(huán)境中，針對軟體機(jī)器人的超彈性材料本構(gòu)，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(yīng)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(yīng)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(xué)行為。

材料非線性為材料的本構(gòu)已經(jīng)不再簡單通過胡克定律來完整描述，常見的非線性材料本構(gòu)如下：彈塑性材料本構(gòu)，在鋼的拉伸實驗中可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線明顯存在兩個過程，分別是彈性變形和彈塑性變形，在彈性段時應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系，過了屈服之后進(jìn)入彈塑性階段，此時應(yīng)力應(yīng)變不再呈線性關(guān)系。當(dāng)進(jìn)行金屬塑性加工仿真時往往材料都會進(jìn)入彈性變形階段，所以必須要考慮材料非線性。

材料卡片是仿真分析的"基因"，決定了有限元計算結(jié)果的精度上限。在碰撞仿真、NVH分析、產(chǎn)品可靠性評估等場景中，材料參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確性直接影響仿真的可信度。然而，實驗室提供的原始材料曲線與仿真軟件所需的有效應(yīng)力應(yīng)變曲線之間，存在一道需要跨越的轉(zhuǎn)化鴻溝。

對于同一組測試數(shù)據(jù)，采用不同牌號的材料卡會得到不同的擬合結(jié)果。由于汽車結(jié)構(gòu)件在碰撞工況下受力狀態(tài)復(fù)雜（如圖2所示），有必要采用高精度的塑性本構(gòu)及斷裂模型進(jìn)行碰撞仿真。圖2 汽車正面碰撞工況下力的傳導(dǎo)以Gissmo失效模型為例，它同時考慮了材料在不同受力狀態(tài)下臨界失效應(yīng)變值的不同、材料的非線性應(yīng)變路徑及非線性損傷累積。

深度材料網(wǎng)絡(luò)DMN是一種基于物理機(jī)理的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，它能夠根據(jù)材料的微觀結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確高效地預(yù)測出材料的非線性響應(yīng)。通過將DMN模型與復(fù)合材料部件的全局有限元模型耦合，在大約18分鐘內(nèi)就能完成該非線性多尺度仿真；而對于同樣的問題，使用傳統(tǒng)的基于有限元的多尺度模型用時則需要一個月以上。

GISSMO失效模型綜合考慮了非線性加載歷程、非線性損傷累積、損傷-應(yīng)力耦合以及單元尺寸修正等問題，可以較好地描述材料損傷累積過程，在對超高強(qiáng)鋼材料碰撞失效行為仿真預(yù)測精度有較高要求時，推薦使用該模型來進(jìn)行表征。b.材料斷裂極限應(yīng)變是失效模型中最為關(guān)鍵的參數(shù)，需要設(shè)計一系列不同加載路徑的試驗來進(jìn)行測試，并采用加載歷程的平均應(yīng)力三軸度ηavg來描述相應(yīng)的加載過程。

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。

對于零基礎(chǔ)的初學(xué)者，本插件可以避免前期花費(fèi)大量時間的學(xué)習(xí)Abaqus相關(guān)流程，可以基于根據(jù)自己的需求先行獲得仿真結(jié)果完成主要目標(biāo)，然后再根據(jù)插件生成的CAE文件慢慢學(xué)習(xí)體會SHPB仿真流程，提高學(xué)習(xí)效率。對于非初學(xué)者，本插件可以快速調(diào)整模型參數(shù)和工況設(shè)置，短時間內(nèi)進(jìn)行大批量SHPB仿真工作，極大提高效率。

UDS可用于創(chuàng)建自定義的單元類型、材料、接觸定義、與CFD的協(xié)同仿真等。接觸分析當(dāng)考慮高柔性部件或由多個部件組成的結(jié)構(gòu)裝配時，漸進(jìn)式變形可能會產(chǎn)生部件自身或部件與部件之間接觸的可能性。模擬這些不同部件之間的精確相互作用需要強(qiáng)大的接觸算法，因為這些分析可能是計算密集型的、并且高度非線性，具體取決于材料和變形的大小。

，而損傷變量取決于（局部）總等效塑性應(yīng)變，導(dǎo)致仿真結(jié)果隨網(wǎng)格尺寸變化的差異性。

，而損傷變量取決于（局部）總等效塑性應(yīng)變，導(dǎo)致仿真結(jié)果隨網(wǎng)格尺寸變化的差異性。