Abaqus超弹性材料分析的实践与应用

模型了解

本案例所用模型如下

图1 模型认识

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。

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，如图3所示

图3 截面属性创建

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

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