Abaqus橡膠大變形分析實(shí)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(gòu)關(guān)系來模擬超彈性材料,這種材料具有高度非線性,當(dāng)Abaqus進(jìn)行模擬時(shí)假設(shè)這種材料是具有彈性、各向同性,并且同時(shí)考慮幾何非線性效應(yīng)。與材料的剪切柔度相比,對(duì)于大多數(shù)類似橡膠的固體材料,其可壓縮性非常小,當(dāng)分析對(duì)象為平面應(yīng)力問題、殼、薄膜、梁、桁架、或者鋼筋等,這個(gè)問題不值得關(guān)注。但是對(duì)于固體、平面應(yīng)變或者軸對(duì)稱問題卻不能忽略。對(duì)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(xué)性能的描述方法主要為兩類:一類是認(rèn)為橡膠為連續(xù)介質(zhì)的現(xiàn)象學(xué)描述;另一類是基于熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法。基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的本構(gòu)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(xué)統(tǒng)計(jì)主要有Arruda-Boyce和Van der Waals等本構(gòu)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(gè)部件。其中Push為解析剛體,Base為離散剛體。

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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。

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圖2 橡膠參數(shù)設(shè)置

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

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圖3 分析步定義

4、定義接觸對(duì):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(duì)定義如下:

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圖4 接觸屬性

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圖5 接觸對(duì)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。

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圖6 網(wǎng)格劃分

7、提交計(jì)算。

8、后處理

位移云圖如圖7 所示

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圖7 位移云圖

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圖8 偽應(yīng)變能(ALLAE)

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圖9 彈性應(yīng)變能(ALLSE)

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圖10 偽應(yīng)變能與彈性應(yīng)變能比值

圖10 表明,在增量步剛開始,比值瞬間到達(dá)15.7%,這是一個(gè)兩個(gè)微量相除的結(jié)果,可以忽略。在隨后的時(shí)間里,耗散的偽應(yīng)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(gè)值,遠(yuǎn)小于5%的預(yù)期值,說明沙漏現(xiàn)象得到了有效的控制。

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