ANSYS中超弹性模型及其在橡胶工程中的应用.pdf

《ANSYS中超弹性模型及其在橡胶工程中的应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、张振秀等·ANSYS中超弹性模型及其在橡胶工程中的应用ANSYS中超弹性模型及其在橡胶工程中的应用张振秀，聂军，沈梅，辛振祥(青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室，山东青岛266042)摘要：本文主要介绍了超弹性理论和有限元分析软件ANSYS非线性超弹性模型，其中主要叙述了各种超弹性模型的本构方程（PolynomidForm模型、Mooney-Rivlin模型、Neo-Hookean模型、Yeoh模型、Arruda-Boyce模型、Gent模型、Ogden模型、Hyperfoam模型、Bl

2、atz-Ko模型），在不同情况下模型的选取、材料数据的获得、参数拟合及不同橡胶材料选用不同模型的应用实例。关键词：有限元分析软件ANSYS；橡胶；超弹性；模型选用中图分类号：TQ330.1文献标识码：B文章编号：1009-797X(2005)09-0001-05为了适应市场经济激烈竞争的挑战，企业属材料的性能表征只需要较少的参数，橡胶的必须快速推出高质量、低成本的产品，计算机特性就显得很错综复杂。超弹性材料的非线性辅助工程分析（CAE）软件将成为关键的工具是很严重的，体现在：非常大的应变（可达到

3、和手段，而有限元分析是其中应用最为广泛的百分之几百）；材料的应力应变呈高度的非线性技术。橡胶制品被广泛应用于国民经济各行各关系；材料近似或完全不可压缩；很强的温度业，如轮胎、密封圈、软管、垫圈、震动隔离相关性。通常并不单独存在，而是与金属等其器、护舷、轴承套等，其产品种类多，使用的它显著不一样的材料之间有很大的相互作用。材料性能和产品生产工艺非常复杂，产品性能因此基于橡胶各向同性和体积近似不可压质量难以确定。应用传统技术及原有经验，产缩的假设，用一个统一的物理量对橡胶进行表品的开发和结构设计时间

4、长、成本高、费用大、征具有重要意义，这个物理量就叫应变能密度与国际先进水平有所差距。在现代橡胶制品生函数（W），该函数是一个应变或形变张量的标产企业中，使用有限元技术进行产品开发是一量函数，它对应变分量的导数就是相应应力分重要手段，对于缩短新品开发周期、提高产品量。质量及降低产品开发与制造成本具有重要意义。1超弹性理论[1，4，7]橡胶又称为弹性体，包括天然橡胶及合成橡胶，是无定形的高聚物。橡胶是一种超弹性材料，具有良好的伸缩性和复原性。相对于金作者简介：张振秀（1975-），男，现为青岛科技大

5、学高分子科学与工程学院材料加工工程专业在读硕士研究生，主要从事高分子制品及模具的计算机辅助设计及分析方面的工作。收稿日期：2004-06-112005年第31卷第1页橡塑技术与装备CHINARUBBER/PLASTICSTECHNOLOGYANDEQUIPMENTI、I、I称为Green应变不变量，分别为：123222I??????1123222222I?????????2122331222I????3123考虑到有限可压缩情况，橡胶材料模型最一般的形式如下：W?W(I,I,J)?(?,?,J)

6、1212V式中：压缩体积比J?????（热膨胀123V0中J=(1+e)3）thth?1??J3?(p?1,2,3)pp?2图1ANSYS超弹性材料模型种类I?J3I(p?1,2,3)ppRivlin模型，这些模型可看作是PolynomialForm2ANSYS非线性超弹性模型模型N取不同值时的特殊情况。随着有限元算法理论、计算机硬件和软件取N=1为2参数Mooney-Rivlin模型：技术的进步以及诸如塑料、橡胶和复合材料等12W?C(I?3)?C(I?3)?(J?1)各种新材料的出现等，现代

7、CAE技术的应用已101012d逐步由以线性模拟为主向以非线性模拟为主快N=2，C=C=0为3参数Mooney-Rivlin模2002速发展。早在20世纪70年代，弹性体的FEA已型：为弹性体元件设计者所使用，并出现了商业化W?C(I?3)?C(I?3)?101012的有限元程序如ANSYS、MARC、ABAQUS等12C(I?3)(I?3)?(J?1)被用来对弹性体材料进行辅助分析。以ANSYS1112d为代表的有限元分析软件，在有限元单元技取N=2为5参数Mooney-Rivlin模型：术、

8、材料本构模型、接触算法和装配分析、针2ij12对大型复杂非线性问题的有效解算算法、良好W??Cij(I1?3)(I2?3)?(J?1)i?j?2d的应用程序组织结构（易用性和可靠性）等技取N=3为9参数Mooney-Rivlin模型：术领域有着完美的解决方案，ANSYS具有强大3ij12的非线性分析能力。W??Cij(I1?3)(I2?3)?(J?1)i?j?3d2.1各种超弹性模型的本构方程[4]Neo-Hookean模型可看作是取N=1，C=0，01ANSYS超弹性材料模型有很多种类，如图C