泡沫压缩的有限元分析：Abaqus应用实例

本文展示了如何利用Abaqus进行ASTM D 3574试验模拟-对聚氨酯泡沫样品进行压缩测试。这一分析的目的是获取压缩过程中力的变化曲线。

几何、材料及边界条件

首先，我们建立了相当简单的几何模型。它由圆形压缩板、地面部分和泡沫部分组成。由于对称性和加速模拟过程，采用1/4模型。压板直径203 mm，，聚氨酯泡沫试样400×400×100 mm。

测试过程，将泡沫样件压缩为原始厚度的25%。为此，我们给定压板75mm的强制位移，压缩板的位移速度为4mm/s。这时压缩所用总时间为75/4=18.75秒。因此，基本上75毫米的压缩位移将在18.75秒内完成。

另外，增加一个卸载步骤，其中压缩板在18.75秒内再次返回到初始位置。

材料采用ABAQUS超泡沫材料模型，结合剪切试验数据和单轴试验数据描述聚氨酯泡沫材料特性。

我们怎么做到的？

接下来详细描述是怎么建立这个模型的。

1. 创建几何

虽然Abaqus可以进行3D建模，并进行装配，在这里我们使用SolidWorks进行建模。建模完成后，利用SolidWorks接口将模型导入ABAQUS。

2. 添加材料属性

和往常一样，要注意单位。通常，我们采用mm-T--N。

• 密度：1E-011t/mm3
• 导入剪切试验数据和单轴试验数据的

ABAQUS超泡沫模型

简单剪切试验数据

我们用普通钢做压板，分别创建了两种材料及对应截面属性，并将属性分配给相应部分。

3. 创建加载步骤

对于加载步，我们使用的时间周期为18.75s，并设置初始增量步大小为0.1，最大步长为18.75。

4. 相互作用

对于相互作用，我们采用一般接触，摩擦系数为0.26

5. 载荷及边界条件

首先，由于对称性，我们在XY&YZ平面上应用了对称条件。固定地面，并将-75毫米的位移施加在压缩板的上表面，以确保压缩板下移并开始压缩。

6. 网格划分

我们将泡沫和压板的网格尺寸定为10mm，地面为25mm。采用了C3D20R单元类型。

7. 创建和提交任务

创建作业，并提交了作业。运行此分析需要大约15分钟。在第一个结果中，我们看到分析运行良好，可以添加卸载步骤。

8. 初步结果

9. 卸载分析步

我们现在增加了一个额外的卸载步，使压缩板回到原来的位置。我们也减少了最大增量步到0.5，所以我们的力-时间曲线将包含更多的数据点。

10. 结果

在模拟中加入粘弹性行为也是可以用ABAQUS做的，但是我们在这个模拟中没有考虑这一点。

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