计算方法 | 浅析橡胶超弹体与粘弹性仿真(超弹篇)

Question

如题所述

Answer 1

本文主要讨论橡胶类超弹体材料在CAE仿真计算中的处理与本构拟合技术。在进行仿真计算时，通常选择超弹体材料模型，假设材料是各向同性的、等温和弹性的，且完全或接近不可压缩，以实现对真实橡胶行为的理想化模拟。

橡胶超弹体模拟仿真需要首先进行材料曲线的拟合工作。主流CAE仿真软件提供了曲线拟合工具，可将实验数据转化为超弹模型能使用的应变能量密度函数系数。应选择包括单轴压缩或等双轴拉伸在内的多种测试数据，越多的数据种类，拟合曲线越能反映真实橡胶特性。需要注意的是，用于拟合曲线的测试数据应为工程应力-应变数据，体积测试数据应为真实应力-应变数据。

在选择超弹体材料模型时，有多种本构模型可供选择，如Mooney Rivlin模型。该模型分为多项式形式的特殊情形，例如2项、3项、5项和9项模型。其中，2项模型在拉伸应变大致90-100%时有效，但不适用于描述压缩行为。为了更好地捕捉材料特性，建议选择包含足够高阶项的数据进行拟合。在选择材料本构模型时，应考虑试验数据的状态，并选择最适合的模型以确保计算结果的准确性。

在进行超弹体材料拟合流程时，可以选择软件中的工具箱进行曲线拟合操作。具体步骤包括添加测试数据、进行拟合、选择拟合方法、复制计算值等。

在计算模型与收敛性控制方面，选择合适的几何模型和考虑不可压缩性是非常关键的。对于橡胶类超弹体计算，2D几何模型通常更为适用。在进行3D模型计算时，应选择四面体单元和低阶单元，以解决剪切锁定和体积锁死问题。此外，进行细致的非线性控制、设置自适应网格等技术措施有助于提高计算收敛性。

自适应网格技术是一种有效解决大变形、单元扭曲问题的手段，它能够根据特定准则进行网格重构，以提高求解精度。在设置自适应网格控制时，需要定义非线性自适应网格的分析需求、自适应网格标准、重划分点监测以及时间范围。通过合理设置这些参数，可以确保计算过程的稳定性和收敛性。

最后，介绍了流体渗压技术在橡胶密封仿真中的应用。通过编写命令搜索接触压力，一旦接触压力小于用户定义的穿透准则，接触面将遭受流体压力作用。这种方法在计算过程中能够有效模拟流体渗压现象，确保密封性能的准确性。

本文旨在提供橡胶类超弹体材料在CAE仿真计算中的处理与本构拟合技术的简要概述，帮助读者更好地理解和应用这些技术，以实现更准确的仿真结果。在实际应用中，还需要根据具体情况进行调整和优化，以确保计算的可靠性和有效性。