Abaqus 超弹性材料(1)-简介

典型的橡胶材料的应力-应变行为如下图所示。

 

这种材料行为被称为超弹性。橡胶等超弹性材料的变形在达到较大应变值（通常远超过 100%）时仍具有弹性。这些材料能够在受力后发生大幅形变并在松弛后恢复原状，同时表现出优异的机械性能。因其特殊的性质，超弹性材料被广泛应用于各种高要求的产品设计中。

 

Abaqus 提供10多种材料模型用于模拟超弹性材料，不同的材料模型适用于不同的场景，但所有超弹性材料模型通常会作以下假设：

1）材料行为是弹性的；

2）模拟将包括非线性几何效应，即当定义超弹性材料模型时，必须打开几何非线性开关，否则软件计算将报错。

此外，在使用超弹性材料模型时，材料的压缩性和材料模型的稳定性是两个需要特别注意的点。

对于如固体橡胶等超弹性材料，与剪切弹性相比，可压缩性很小。因此在使用超弹性材料时，材料压缩性的模拟至关重要。Abaqus/Standard 默认假定超弹性材料不可压缩。Abaqus/Explicit 假设材料几乎不可压缩（泊松比默认为 0.475）。当网格密度不合理或单元的选取不合理时，都会造成体积锁定。

根据测试数据确定的超弹性材料模型在某些应变幅度下不稳定是很常见的。Abaqus 会执行稳定性检查以确定将出现不稳定行为的应变幅度，并在数据(.dat) 文件中打印警告信息。这需要特别注意，因为模型的任何部分出现超出稳定性限制的应变，仿真可能会不真实。在 Abaqus/Standard 中，甚至会导致模拟无法收敛。

在超弹性材料系列文章中，将介绍 Abaqus 中常用的超弹性材料模型及其适用场景，超弹性材料模型的标定，如何调试包含超弹性材料的模型，如何减少体积锁定等问题。