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《ansys高级非线性分析-第六章_超弹性解析课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、超弹性第六章超弹性本章综述本章包括ANSYS中模拟橡胶材料可用的大量的率无关超弹本构模型。本章包括下列主题:A.橡胶的物理学背景B.超弹性理论背景C.应变能势(18x单元)的特殊形式D.HYPERxx单元的考虑事项E.求解超弹性模型F.材料测试和曲线拟合超弹性A.高弹体背景高弹体是一种聚合物,具有如下性能:高弹体包括天然和合成橡胶,它是非晶态的,由长的分子链组成。分子链高度扭转、卷曲,且在未变形状态下取向任意。在拉伸载荷作用下,这些分子链部分变得平直、不扭曲。一旦卸载,这些分子链返回到初始形态。橡胶强化通过橡胶硫化过程中分
2、子链间形成交联来实现。超弹性...高弹体背景宏观上，橡胶行为呈现下列特征：能承受大弹性(可恢复)变形，任何地方都可达100-700%。正如前面提及的，这是由于交联分子链拆开的原因。由于分子链的拉直引起变形,所以在外加应力作用下,体积变化很小。因此,高弹体几乎不可压缩。它们的应力-应变关系是高度非线性的。通常,拉伸状态下,材料先软化再硬化，而压缩时材料急剧硬化。Fu拉伸压缩超弹性...高弹体背景橡胶密封罩的分析实例单元185(B-Bar),具有几乎不可压缩的Neo-Hookean超弹材料,刚–柔接触和自接触超弹性B.超弹性理
3、论背景ANSYS中关于超弹性本构模型有一些关键假设。材料响应是各向同性、等温和弹性的热膨胀是各向同性变形完全可恢复(保守的)材料是完全或几乎不可压缩的需要前面讨论的单元公式,例如B-Bar或混合U-P来处理不可压缩条件。超弹性本构模型通过应变能密度函数来定义。与塑性不同,超弹性不定义为速率公式相反,总应力与总应变的关系由应变能势(W)来定义。超弹性...延伸率的定义详细讨论应变能势的不同形式之前，先定义一些术语:延伸率(或只是‘延伸’)定义为: 上述为一个定义橡胶试样单轴拉伸的延伸率的例子,式中eE为工程应变。 有三
4、个主延伸率l1,l2,和l3,它们用来度量变形，也用于定义应变能势。超弹性...延伸率的定义举例说明主延伸率的定义,考虑一个薄正方形橡胶薄板进行双向拉伸，主延伸率l1和l2描述了平面内变形特征，另一方面,l3定义厚度变化(t/to)，另外,若材料假设为完全不可压缩,则l3等于l-2.超弹性...应变不变量的定义三个应变不变量一般用于定义应变能密度函数。 若材料是完全不可压缩的,则I3=1。由于假设材料为各向同性，应变能势的一些形式可以表示为这些标量不变量的函数。换句话说,应变不变量是应变的度量，与用于度量应变时使
5、用的坐标系无关。超弹性...体积比的定义体积比J定义为 如上所示,J看作是材料变形后体积与未变形体积的比。在热膨胀情况下,热体积变形为 弹性体积变形与总的体积变形和热体积变形的关系如下:超弹性...应变能势的定义应变能势(或应变能函数)通常表示为W:应变能势或者是主延伸率的直接函数，或者是应变不变量的函数。 简略地讨论一下应变能势的特殊形式，这些形式决定采用延伸率还是应变不变量。基于W,确定第二Piola-Kirchoff应力(和Green-Lagrange应变):超弹性...应变能势的定义由于材料的不可压
6、缩性,把应变能函数分解为偏差项(下标d或‘bar’)和体积项(下标b)，结果,体积项仅为体积比J的函数。 式中偏差主延伸和偏差不变量被定义为(对p=1,2,3):注意I3=J2,所以定义W时不采用I3。应变能势(仅18x单元)C节超弹性C.W的特殊形式本节介绍18x系列单元的不同超弹性模型，基于应变不变量或直接用主延伸率的每个模型都是W的特殊形式。多项式Neo-HookeanMooney-RivlinArruda-BoyceOgden超弹性...W的特殊形式应变能势W需要输入特定类型的参数作为材料常数。根据所选择的应
7、变能函数W,材料常数数目不同。虽然会介绍一些一般指南帮助用户选择W,但W的选择还是取决于用户。根据W的选择和输入的材料常数,由ANSYS计算应力和应变行为。下面的幻灯片讨论ANSYS中可用的应变能势W的不同形式。超弹性...多项式形式多项式形式基于第一和第二应变不变量，它是如下形式的现象学模型。 其中初始体积模量和初始剪切模量是:该选项由TB,HYPER,,,N,POLY定义，由TBDATA输入cij和di，通常几乎不用大于3的N值，适用于应变大至300%。超弹性...多项式形式定义2项多项式的例子如下所示。 需要定义
8、常数c10,c01,c20,c11,c02,d1,d2。TB,HYPER,1,1,N,POLYTBTEMP,0 TBDATA,1,c10,c01,c20,c11,c02TBDATA,6,d_1,d_2超弹性...Neo-Hookean形式Neo-Hookean形式可看作是多项式形式的子集,其中N=1,c
