04 超弹性本构模型(Mechanical)

专注于仿真分析和振动分析

00 导读

    近年来，橡胶材料的超弹性行为越来越受关注。本文简介了Workbech中的超弹性本构模型。

01 研究背景

在小变形场景中，橡胶材料一般会使用弹性本构模型，弹性模量约为Mpa级别；在大变形场景中，橡胶材料一般使用超弹性本构模型。超弹性是橡胶材料的最显著力学特性。

典型的超弹性本构模型如下图所示。

02 超弹性本构模型

   Workbench中的超弹性本构模型如下图所示。

03 参数输入

    M-R双参数模型是最常用的本构模型，适用于90%-100%的拉伸场景，或70%-90%的剪切场景，或30%的压缩场景(M-R双参数不适用于大压缩场景)。

    M-R双参数模型。

    M-R三参数模型。

    M-R五参数模型。

    M-R九参数模型。

    N-H本构模型是最简单的本构模型，适用于30%-40%的拉伸场景，或70%-90%的剪切场景，或30%的压缩场景。

    其它本构模型各有适用范围，本文列举出各模型的输入参数。

    A-B模型

    Gent模型

    B-K模型

    P-1模型

    P-2模型

    P-3模型

    Yeoh-1模型

    Yeoh-2模型

    Yeoh-3模型

    Ogden-1模型

    Ogden-2模型

    Ogden-3模型

    O-F-1模型

    O-F-2模型

    O-F-3模型

04 参数拟合

    各种超弹性本构模型的参数可以通过实验数据拟合，实验数据需使用工程应力应变(体积压缩实验除外)。而金属塑性本构模型的参数拟合需使用真实应力应变测试数据。

    实验类型如下所示。

    单轴拉伸实验

    单轴压缩实验

    双轴拉伸实验(一般等效于单轴压缩)

    剪切实验(平面拉伸实验)

    体积压缩实验

05 Mullins效应

    Mullins效应主要描述超弹性材料的应力软化。在Workbench中也可以输入相应材料参数考虑这种效应。

    R-M-B模型

06 总结

    不同的本构模型适用于不同的场景和材料。无论选择哪一种本构模型，都要输入相应的参数，而这些参数显然只能通过实验得出。就像最基本的弹性参数，弹性模量E和泊松比mu也是由实验测得的。

    展开来说，从最简单的弹性参数到复杂的塑性、超弹性、粘弹性、粘塑性等，以及疲劳参数、磨损参数、失效参数等。和材料相关的参数都要来源于实验数据。