超弹性材料分析:Abaqus应用指南

其中,1为压块,结构刚材料,2为橡胶超弹性材料。



有限元分析流程分为3大步、3小步,如下图所示。

今天将以这种方式介绍使用workbench实现齿轮啮合的分析流程。

Abaqus超弹性材料分析 附Abaqus 分析用户手册材料卷下载的图2



一、前处理


1.1 几何模型的构建

本案例中的几何模型较为简单,因此直接在abaqus中创建。

本例使用平面应力应变单元模拟实体的压缩过程,将Module切换到Part模块,单击create part创建压块部件,部件类型选择2D planar、Deformable、Shell,进入草图环境,绘制压块图形如图1,绘制完成后单击done完成压块的创建。继续单击create part创建橡胶部件,部件类型也为2D planar、Deformable、Shell,进入草图环境,绘制橡胶图形如图1所示,绘制完成后单击done退出橡胶的创建。


1.2 材料参数的定义


1.2.1 材料本构

将Module切换到property模块。单击create material创建材料,压块使用结构刚材料,密度设置7850kg/m³,杨氏模量为2.1e11Pa,泊松比为0.3。

橡胶使用超弹性材料,使用Mooney-Rivlin本构模型。


1.2.2 截面定义

Abaqus赋予模型材料需要先定义截面属性,单击create section为压块以及橡胶各创建一个截面属性,类型为solid,Homogeneous,单击continue,在弹出的对话框中勾选,Plane stress/strain thickness,并为其指派厚度


1.2.3 截面指派

当两个部件的截面创建完成后,便可以为其指派相应的截面属性。



1.3 网格系统的构建


1.3.1 网格划分

将Module切换到Mesh模块。通过合理控制网格大小,得到如图所示的网格

Abaqus超弹性材料分析 附Abaqus 分析用户手册材料卷下载的图5

图4 网格系统模型


1.3.2 单元类型设定

对于本例,单元类型可以使用默认的单元类型。


1.3.3 装配

将Module切换到Assembly模块,进入装配环境,按照图1所示位置关系进行装配。



二、求解


2.1 求解器的设定

将Module切换到Step模块。单击Create step创建分析步,分析步类型为Static,General,注意,此案例需要打开Nlgeom,即需要考虑非线性的影响。



2.2 连接关系的构建

将Module切换到Interaction模块。本例的连接关系仅涉及压块以及橡胶之间的接触。首先,单击Create Interaction Property,类型为contact,在弹出的对话框中,通过Mechanical->Tangential Behavior定义切向行为,Friction formulation选择Penalty,摩擦系数设置为0.2;继续通过Mechanical->Normal Behavior定义法向行为,法向行为保持默认的硬接触,单击OK完成接触属性的定义。

单击create interaction创建接触,类型为Surface-to-surface contact(Standard),选择压块的下表面作为主面,橡胶的外圆弧作为从面,在弹出的对话框中保持默认,如图5所示


Abaqus超弹性材料分析 附Abaqus 分析用户手册材料卷下载的图7

图5 接触定义


2.3 边界条件的设定


2.3.1 位移边界条件

将Module切换到Load模块。本例固定橡胶圈的下表面,单击Create Boundary Condition,类型选择displacement/Rotation,对象选择橡胶圈的水平线,并约束其所有自由度,如图6所示

Abaqus超弹性材料分析 附Abaqus 分析用户手册材料卷下载的图8

图6 橡胶约束


2.3.2 载荷边界条件

本例通过位移进行加载

单击Create Boundary Condition,类型选择displacement/Rotation,对象选择压块上方水平线,通过幅值曲线的方式为其进行加载,如图7所示

Abaqus超弹性材料分析 附Abaqus 分析用户手册材料卷下载的图9

图7 压块位移载荷


至此,前处理以及求解已设定完成,将Module切换到Job模块,创建作业并提交求解。




三、后处理


1、位移云图

Abaqus超弹性材料分析 附Abaqus 分析用户手册材料卷下载的图11

图8 位移云图


2、应力云图

Abaqus超弹性材料分析 附Abaqus 分析用户手册材料卷下载的图12

图9 接触定义


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