Abaqus橡膠大變形分析實例

2016-11-24  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

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(shù)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。對此,Abaqus/Standard提供了雜交單元來模擬超彈性材料中完全的不可壓縮行為。

橡膠材料力學性能的描述方法主要為兩類:一類是認為橡膠為連續(xù)介質的現(xiàn)象學描述;另一類是基于熱力學統(tǒng)計的方法?；谶B續(xù)介質力學的本構模型主要有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。基于熱力學統(tǒng)計主要有Arruda-Boyce和Van der Waals等本構模型。本文利用Abaqus模擬大變形的橡膠,具體步驟如下。

1、在Abaqus/CAE Sketch模塊中作出模型草圖,如圖1所示,然后在Part模塊中分別建立Push、Rubber、Base三個部件。其中Push為解析剛體,Base為離散剛體。

圖1 草圖

2、在Property模塊中定義橡膠的屬性,采用Mooney-Rivlin模型,參數(shù)如圖2所示,然后賦給Rubber部件。

圖2 橡膠參數(shù)設置

3、裝配,定義分析步,采用默認的場輸出和歷史輸出。為了保證剛開始能夠較容易收斂,設置分析步初始增量步為0.01,打開幾何非線性。

圖3 分析步定義

4、定義接觸對:Push下表面和橡膠表面,Base上表面和橡膠表面。接觸屬性定義和接觸對定義如下:

圖4 接觸屬性

圖5 接觸對定義

5、定義載荷邊界條件。約束Push的1、6自由度,在分析步中2自由度方向給定-19的位移;約束Base的全部自由度。

6、橡膠采用CPS4R單元,離散剛體采用R2D2單元。

圖6 網(wǎng)格劃分

7、提交計算。

8、后處理

位移云圖如圖7 所示

圖7 位移云圖

圖8 偽應變能(ALLAE)

圖9 彈性應變能(ALLSE)

圖10 偽應變能與彈性應變能比值

圖10 表明,在增量步剛開始,比值瞬間到達15.7%,這是一個兩個微量相除的結果,可以忽略。在隨后的時間里,耗散的偽應變能占的比例逐漸下降到0.2%左右,并且能夠一直維持這個值,遠小于5%的預期值,說明沙漏現(xiàn)象得到了有效的控制。

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