ABAQUS高效的橡胶材料本构拟合法

一、概述

         典型的橡胶材料的应力-应变行为是超弹性的，超弹性材料的变形在大应变值时(通常超过100%)仍然保持为弹性。

 Abaqus在模拟超弹性材料时，会作出如下假设：

• 材料行为是弹性的；

• 材料行为时各向同性的；

• 模拟将考虑几何非线性效应。

         在Abaqus/Standard中默认地假设材料是不可压缩的；Abaqus/Explicit假设

材料是接近不可压缩的(默认泊松比为0.475)。Abaqus会提供不同的材料模型来模拟不同特性的橡胶材料。

那么在Abaqus怎样根据橡胶材料的试验数据近似拟合出其真实的本构呢？

二、ABAQUS本构拟合法

        Abaqus提供了多种的橡胶材料模型，如多项式模型、Mooney-Rivlin模型、Neo-Hookean模型等，用来模拟真实超弹性材料的不可压缩性。

        对于已知的橡胶试验数据（如单轴试验、双轴试验、平面试验等），我们如何在Abaqus中正确选择与其对应的本构进行模拟呢？这也许是橡胶仿真的关键。

首先，在Property模块中建立橡胶材料，如图1。

图1 建立橡胶材料

        如果不清楚需指定哪种应变势能时，在Strain energyprotential栏中选择Unknow，并选择相应的试验数据进行输入，以便Abaqus自动拟合其应变势能。如图2。

图2 应变势能选择

输入相应的试验数据。

 

图3 输入试验数据

        在主菜单Material->Evaluate->Rubber下拟合橡胶材料的应变势能曲线。并在弹出的对话框中设置各试验数据对应的应变的最大、最小值。

 

图4 拟合橡胶应变势能

如图为拟合出的单轴、双轴及平面试验下的橡胶应变势能曲线。

(a)   单轴应变势能曲线

(b)   双轴应变势能曲线

(c)   平面应变势能曲线

图5 拟合的橡胶各试验数据下的应变势能曲线

三、总结

        可见Abaqus简单快捷的橡胶材料本构拟合方法为橡胶超弹性材料的模拟提供了很大的方便。

文章来源：有限元在线