Abaqus中定义橡胶超弹性材料

如果不考虑损伤等效应，橡胶材料是弹性的（卸载后没有残余应变），但应力-应变曲线不是线性的，即所谓的“超弹性”。Abaqus 帮助文档《Getting Started with Abaqus：Interactive Edition》第10.6节“ Hyperelasticity ”介绍了超弹性的基本知识，第10.7节“ Example: axisymmetric mount ”给出了一个橡胶材料模型的实例。

Abaqus软件在分析橡胶等超弹性材料具有显著优势，它可以根据用户提供的试验数据采用最小二乘法自动计算本构模型中各个常数（如图1、图2所示）。

 

图1  超弹性材料数据的输入

图2  材料评估 

用户可以在Abaqus/CAE 中输入下列实验数据：

1）单轴拉伸/压缩实验（uniaxial tension/compression test data）；

2）等双轴拉伸/压缩实验（biaxial tension/compression test data）；

3）平面拉伸/压缩实验（检验纯剪行为）（planar tension/compression test data）；

4）体积拉伸/压缩实验（volumetric tension/compression test data）。

☆温馨提示：定义超弹性材料数据时必须输入名义应力（nominal stress）和名义应变（nominal stress），而非真实应力和真实应变。

 关于 Abaqus 中的超弹性材料，还应注意以下问题：

1）Abaqus中默认橡胶材料行为是弹性的、各向同性的；

2）分析过程中必须考虑几何非线性效应（设置 Nlgeom 为 ON）；

3）对于 Abaqus/Standard 分析，默认情况下假定超弹性材料是不可压缩的（泊松比等于0.5），为了帮助分析收敛，可以将该值设置为大于0.495；对于 Abaqus/Explicit 分析，默认情况下，假定超弹性材料是接近不可压缩的（泊松比大于0.475）；

4）Abaqus 采用应变势能（strain energy potential）来描述超弹性材料的应力-应变关系，而不是采用杨氏模量 E 或泊松比 ；

5）对于根据实验数据确定的超弹性材料模型，当应变值达到一定程度（变形较大）时，计算过程可能不稳定。Abaqus 通过稳定性检查来确定可能出现不稳定的应变值大小，并在 DAT 文件中给出相应的警告信息。

6）如果用户希望快速录入和确定橡胶材料的力学特性参数，建议大家使用Abaqus软件内置的Python开发接口实现。

文章来源： 力学与Abaqus仿真