在应力水平低于比例极限时,应力应变关系为线性关系,超过这一极限后,应力应变关系为非线性关系,表现为非弹性或塑性(应变不可恢复状态)
某种材料的应力应变曲线,主要材料试验有:单轴试验、等双轴试验、平面剪切试验、体积试验、松弛试验等。
超弹性本构模型
超弹性 (hyperelastic) 是指材料存在一个弹性势能函数,该函数是应变张量的标量函数,其对应变分量的导数是对应的应力分量,在卸载时应变可自动恢复的现象。应力和应变不再是线性对应的关系,而是以弹性能函数的形式一一对应。
一般应有三种试验数据:单轴拉伸、双轴拉伸及平面拉伸
Engineering Data 设置
points
- 建立至少两倍于需要计算材料本构参数数目的数据点,同时需要考虑滞后等效应;
- 如果仅有单轴拉伸数据,则不能生成承受大剪切的模型;
- 试验数据应该包括全部关注的应变范围,如果只有0~100%应变的测试数据,则不能生成承受150%应变的模型,外推数据会产生极大的误差。
材料本构参数
- Mooney-Rivlin 2 Parameter:拉应变为100%,压应变为30%,对于大应变,越高阶选项,精度越高。
- Neo-Hookean:应变能最简单的形式,可用应变范围为20%~30%。
- Arruda-Boyce:应变范围为300%。Gent:应变范围为300%。Blatz-Ko:描述可压缩泡沫橡胶材料的最简单形式。
- Polynomial 1st Order:与Mooney-Rivlin本构类似,等效于Mooney-Rivlin 2 Parameter
- Yeoh 1st Order:一种缩减多项式超弹性本构,一阶等效于Neo-Hookean。
- Ogden 1st Order:描述可压缩泡沫橡胶材料,较Blatz-Ko在大应变下精度更高,应变可达700%
- Extended Tube:描述填充加强筋的橡胶材料。
- Mullins Effect:描述随载荷变化的超弹性材料的拉伸软化,
蠕变
固体材料在应力保持不变的条件下,应变随时间延长而增加的现象
相关单元技术
对于剪切自锁,建议采用增强应变;对于体积自锁,建议采用混合U-P。
特别注意:Plane182和Plane183单元中的平面应力(Plane Stress)模型不需要缩减积分、增强应变、混合U-P技术,如表所示。
单元中节点
单元中节点的设置对计算结果影响极大。1
Kept(保留)OR Dropped(取消)
- 单元中节点保留可以极大地减小计算规模,用较小的单元数即可保证计算精度;反之,如果同样多的单元数,单元中节点保留即意味节点数较多,计算所需内存也增多。
- 计算过程中如果出现内存不足时,可以通过取消单元中节点降低计算规模。
- 在非线性计算过程中,单元中节点保留的收敛难度大于单元中节点取消。
- 针对复杂接触、弯曲、不可压缩材料这类复杂非线性问题,可以采用取消单元中节点。
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