Abaqus材料定义：橡胶超弹性模拟

超弹性材料如橡胶等在医疗器材、工业、建筑和国防中隔震、绝缘等方面具有广泛应用。
橡胶材料的应力-应变行为是弹性的，它们能承受100%的大变形而不产生塑性变形和断裂，但是具有高度的非线性，在大变形时应力陡然上升。这种材料行为称为超弹性（hyperelasticity）。

橡胶本构关系非常复杂。在大量的实验数据的基础上，人们建立起来很多理论模型来描述橡胶的力学特征。Abaqus有限元软件在分析橡胶等超弹性材料具有显著优势，为用户提供了多种橡胶材料的本构模型，用户可以根据实验数据和材料的力学行为特征做出选择。通过拟合实验数据，确定所选本构方程中的系数，这些过程在程序中可自动完成。
由于超弹性体的特殊性质，基于杨氏模量和泊松比所建立的本构模型不再满足对大变形行为的描述，我们用应变势能（strain energy/potential）来表达超弹性材料的应力-应变关系。

以上是一组超弹性材料单轴拉伸实验数据，接下来就为大家演示怎样在Abaqus中定义超弹性材料。
1. 在Abaqus中新建材料

2. 选择未知应变势能模型，输入单轴拉伸实验数据

3. 输入上表中的名义应力（nominal stress）和名义应变（nominal stress）实验数据。

4.对实验数据进行拟合。

5. 得到拟合的曲线，可知R-PCLY-N3曲线与实验数据最为吻合，可选择此模型。

6. 选择Reduced-Polynomial-N3模型，这样超弹性材料就定义好了。

ABAQUS主要功能

 ABAQUS是功能强大的有限元软件，由于ABAQUS强大的分析能力和模拟复杂系统的可靠性，它在各国的工业和研究中得到广泛的应用，在大量的高科技产品开发中发挥着巨大的作用。复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题 。模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。其它工程问题：热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透/应力耦合分析）及压电介质分析。

 ABAQUS主要分析功能

 1、静态应力/位移分析：包括线性、几何或材料非线性、结构断裂分析等 。

 2、动态分析：包括频率提取、瞬态响应分析、稳态响应分析、随机响应分析等。  

 3、非线性动态应力/位移分析：包括各种随时间变化的大位移分析、接触分析等。

 4、粘弹性/粘塑性响应分析：包括粘弹性/粘塑性材料结构的响应分析。

 5、热传导分析：包括传热、辐射和对流的瞬态或稳态分析。

 6、退火成型过程分析：对材料退火热处理过程的模拟。

 7、质量扩散分析：静水压力造成的质量扩散和渗流分析等

 8、准静态分析：包括应用显示积分方法求解静态和冲压等准静态问题。

9、耦合分析：包括热/力耦合、热/点耦合、压/电耦合、流/力耦合、声/力耦合等。

 10、海洋工程结构分析：包括模拟海洋工程的特殊载荷，例如流载荷、浮力、惯性力；分析海洋工程的特殊结构，例如锚链、管道、电缆；模拟海洋工程的特殊连接，例如土壤/管柱连接、锚链/海床摩擦、管道/管道相对滑动。（ABAQUS/Aqua）

 11、瞬态温度/位移耦合分析：力学和热响应耦合问题

 12、疲劳分析：包括根据结构和材料的受载情况统计，进行疲劳寿命估计。

 13、水下冲击分析：包括对冲击载荷作用下的水下结构进行分析。

 14、设计灵敏度分析:包括对结构参数进行灵敏度分析，并据此进行结构优化设计。

ABAQUS主要组成

ABAQUS分析基本流程

 1、前处理：建模，划分网格，设置边界条件；

 2、解算器：求解控制方程，输出结果；

 3、后处理：分析结果；

 ABAQUS求解器

 ABAQUS/Standard|ABAQUS/Explicit 为用户提供两种互补的分析工具。ABAQUS/Standard是一个通用分析模块，它能求解广泛领域的线性和非线性问题，包括静力、动力、构件的热和电响应。适合于模拟与振型的振动频率相比研究响应周期较长的问题；用于具有适度非线性问题，其中非线性是平滑的。ABAQUS/Explicit 采用显示动力学有限元格式，适用于模拟短暂、瞬时的动态事件，如：  

模拟高速动力学问题，需要较少的时间增量；

      适合求解冲击，穿透等高度非线性动力响应问题；

      对于包含不连续的非线性问题，一般效率高。

 求解器的特点

 可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。Standard隐式算法（稳定，费用高）：当每一个求解增量步结束的时候，隐式的有限元要解一组方程组，占用资源多；增量步较大，有收敛问题。Explicit显示方法（条件稳定，费用低）：并不需要求解方程组，通过动态方法推进增量计算；计算速度快，增量步小。

 ABAQUS功能模块

 1、几何建模Part；

 2、划分网格Mesh；

 3、特性设置Property；

 4、建立装配体Assembly；

 5、定义分析步Step；

 6、相互作用Iteraction；

 7、载荷边界Load；

 8、提交运算Job；

 9、后处理Visualization

HyperMesh介绍

       Altair HyperMesh是一个高性能的有限元前处理器，为用户提供了高度交互式的可视化环境实现对产品设计性能分析。Altair HyperMesh拥有最广泛的商用CAD和CAE软件接口，为企业提供了业界公认的统一的分析平台。注重于提升企业工程师的生产率，HyperMesh是用户首选的工程分析环境，它包含众多功能：

      1、实体几何建模

      2、壳单元网格剖分

      3、模型Morphing网格变形技术

      4、详细分析模型的建立

      5、曲面几何建模

      6、实体网格剖分

      7、自动抽取中面

      8、批处理网格划分

Hypermesh优点

      强大的有限元分析建模的企业级解决方案

      通过其广泛的CAD/CAE接口能力以及其可编程、开放式构架的用户定制接口能力，HyperMesh可以在任何工作领域与其他工程软件进行无缝连接工作。HyperMesh为用户提供了一个强大的、通用的企业级有限元分析建模平台，帮助用户降低在建模工具上的投资及培训费用。

      无以伦比的网格划分技术——质量与效率导向

      依靠全面的梁杆、板壳单元、四面体或六面体单元的自动网格划分或半自动网格划分能力，HyperMesh大大降低了复杂有限元模型前处理的工作量。

通过批处理网格划分（Batch Mesher）及自动化组装功能提高用户效率

      批处理网格生成技术：无需用户进行常规的手工几何清理及网格划分工作，从而加速了模型的处理工作。高度自动化的模型管理能力，包括模型快速组装，以及针对螺栓，点焊，粘合剂和缝焊的连接管理。

      交互式的网格变形、自定义设计变量定义功能

      HyperMesh提供的网格变形工具帮助用户无需重新修改原有网格即可自动生成新的有限元模型。        

      提供了由CAE向CAD的逆向接口

      HyperMesh为用户提供了由有限元模型生成几何模型的功能。

      Hypermesh功能介绍

      Altair HyperMesh 为用户提供了一整套简便易用且功能强大的工具，帮助用户创建及编辑CAE模型。在二维及三维CAE模型的创建过程中，用户既可以使用多种网格生成功能，亦可籍于Altair HyperMesh强大的自动网格生成工具自动生成高质量的分析模型。

      高质量网格生成能力

      1、面网格划分

      2、六面体网格划分

      3、四面体网格划分                  

      4、CFD 网格划分

      5、SPH 粒子生成

网格变形功能

      HyperMorph为用户提供了功能强大的基于交互式和参数化的改变有限元模型外形的解决方案。其独一无二的网格变形算法使用户得以在不牺牲网格质量的前提下快速改变有限元网格的形状。在处理网格变形的过程中， HyperMorph亦允许以用户自定义参数的形式对有限元模型进行变形，这为在此后进行的优化研究提供了便利。

      Batch Meshing

      Batch Mesher 是目前最快捷的针对大型装配体进行高质量网格划分的自动化网格生成工具。得益于BatcherMesher强大的自动化网格划分技术，使用户可以减少人工的工作，将更多的精力投入到工程仿真等具有更高附加值的分析活动中去。BatchMesher可以按用户指定的标准进行网格生成及几何清理等工作，并按用户定制的格式输出有限元模型。

      CAD接口

      Altair HyperMesh 为用户提供了直接读取业界主流的CAD模型文件以生成有限元分析模型的能力。在此基础上，Altair HyperMesh强有力的几何清理工具帮助用户自如修复模型导入过程中产生的各种几何错误，以保证在网格生成阶段得到高质量的分析模型。通过诸如消除错位，小孔，以及压缩模型表面公共边等各种几何清理手段，用户可以在更大的范围、更为合理的区域上进行网格剖分，同时提高整体网格生成的速度及质量。另外,用户还可将加载于几何模型之上的载荷及边界条件映射于有限元模型之上，这为由几何模型生成分析模型进一步提供了便利：

      1、CATIA V4/V5

      2、IGES

      3、PRO-ENGINEER

      4、PARASOLID

      5、UNIGRAPHICS

      6、STEP

      7、ACIS

      8、JT Precise

CAE 求解器接口

      Altair HyperMesh 支持绝大多数主流求解器格式文件的输入和输出。对于完全支持的求解器，HyperMesh提供了一个完整的环境（User Profile）,用户可以调用该求解器对应的模板完成模型前处理工作。除此之外，Altair HyperMesh亦提供了具有高度灵活性的接口，通过接口开发语言来支持其他求解器类型。

      用户个性化更加适应您的工作环境

      1、自定义HyperMesh用户界面: 简明易用的用户界面帮助用户自定义拖放菜单位置，自主配置下拉菜单功能以及快捷键设置。

      2、自定义工具栏: 用户可以在Altair HyperMesh面板中添加自定义功能。

      3、自定义求解器输入文件编译器: 用户可在Altair HyperMesh原有支持的求解器类型的基础上通过二次开发，拓展HyperMesh的输入接口功能，使HyperMesh支持更多的求解器类型及输入文件格式。

      4、求解器输出模板: 求解器输出模板允许HyperMesh 的数据库输出由用户自定义的求解器输入文件格式。

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