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2016-11-24 by:CAE仿真在线 来源:互联网
Abaqus为用户提供了多种本构关系来模拟超弹性材料,这种材料具有高度非线性,当Abaqus进行模拟时假设这种材料是具有弹性、各向同性,并且同时考虑几何非线性效应。与材料的剪切柔度相比,对于大多数类似橡胶的固体材料,其可压缩性非常小,当分析对象为平面应力问题、壳、薄膜、梁、桁架、或者钢筋等,这个问题不值得关注。但是对于固体、平面应变或者轴对称问题却不能忽略。对此,Abaqus/Standard提供了杂交单元来模拟超弹性材料中完全的不可压缩行为。
橡胶材料力学性能的描述方法主要为两类:一类是认为橡胶为连续介质的现象学描述;另一类是基于热力学统计的方法。基于连续介质力学的本构模型主要有Polynomial、Reduce Polynomial、Ogden模型等,其中Mooney-Rivlin模型是 Polynomial的特殊形式,Neo-Hookean 模型是Reduce Polynomial的特殊形式。基于热力学统计主要有Arruda-Boyce和Van der Waals等本构模型。本文利用Abaqus模拟大变形的橡胶,具体步骤如下。
1、在Abaqus/CAE Sketch模块中作出模型草图,如图1所示,然后在Part模块中分别建立Push、Rubber、Base三个部件。其中Push为解析刚体,Base为离散刚体。
图1 草图
2、在Property模块中定义橡胶的属性,采用Mooney-Rivlin模型,参数如图2所示,然后赋给Rubber部件。
图2 橡胶参数设置
3、装配,定义分析步,采用默认的场输出和历史输出。为了保证刚开始能够较容易收敛,设置分析步初始增量步为0.01,打开几何非线性。
图3 分析步定义
4、定义接触对:Push下表面和橡胶表面,Base上表面和橡胶表面。接触属性定义和接触对定义如下:
图4 接触属性
图5 接触对定义
5、定义载荷边界条件。约束Push的1、6自由度,在分析步中2自由度方向给定-19的位移;约束Base的全部自由度。
6、橡胶采用CPS4R单元,离散刚体采用R2D2单元。
图6 网格划分
7、提交计算。
8、后处理
位移云图如图7 所示
图7 位移云图
图8 伪应变能(ALLAE)
图9 弹性应变能(ALLSE)
图10 伪应变能与弹性应变能比值
图10 表明,在增量步刚开始,比值瞬间到达15.7%,这是一个两个微量相除的结果,可以忽略。在随后的时间里,耗散的伪应变能占的比例逐渐下降到0.2%左右,并且能够一直维持这个值,远小于5%的预期值,说明沙漏现象得到了有效的控制。
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