橡胶材料在ABAQUS的材料参数设定
ABAQUS中橡胶大变形问题的一些解决办法
ABAQUS中橡胶大变形问题的一些解决办法zhangleilyl（搜索论坛的答复以及一些参考书和文献总结，由于水平有限，不免会有很多错误，仅供参考）密封橡胶的数值仿真是一类典型的非线性问题，牵涉到材料非线性（超弹性）、边界非线性（接触）和几何非线性（大变形）问题的集合，如果设置不当，极容易导致求解困难。
特别是在密封橡胶的变形复杂，比如和多个不规则边界接触、变形很大等情况，需要更谨慎的设置相关参数，以求得到合适的解答。
模型的适当简化对薄板问题可忽略厚度方向的应力，作为平面应力（plane stress）问题；对长柱体可忽略第三方向的应变，作为平面应变（plane strain）问题;对O型圈等可作为轴对称问题。
平面应力和平面应变在建立part时需选中2D Planar，轴对称问题需选中Axisymmetric；在选择单元时也应注意三者的区别（CPS* ,CPE*, CAX* ）。
求解器的选择因为问题复杂，使用Standard求解容易不收敛，在精度允许的情况下，可选用Explicit求解器。
只是多数时候Explicit求解时间较长。
应当知道的是，对于橡胶这种典型的不可压缩材料，使用杂交单元（含字母H）是恰当的，但Explicit中没有杂交单元（庄茁书中的例子选用减缩单元）。
并且在Explicit 中，橡胶材料默认泊松比为0.475。
材料模型的选择我只用过其中三个，Neo-hookean，简单易用，就一个参数。
对于初学者和简单的模拟比较方便。
但是当变形增加到一定范围就不能得到准确的结果了，因为它的参数是来自小变形部分的应力-应变关系。
Mooney-Rivlin 是比较常用的本构模型。
对于没有加碳黑的橡胶来说，这模型能得到比较准确的结果。
但是用它来模拟加了碳黑的橡胶就不太精确了。
Yeoh 是用来模拟加碳黑后的橡胶，三个参数都比较容易得到。
可是这个模型在小变形 extension ratio<1.5时结果不准确。
abaqus橡胶和粘弹性建模
Abaqus中的橡胶及粘弹性建模1橡胶的物理性质 (3)1.1实体橡胶 (3)1.2橡胶泡沫 (6)2橡胶的弹性模型 (8)2.1介绍 (8)2.2实体橡胶模型 (8)2.3自动材料评估 (14)2.4应变能函数的选择 (15)2.5 Mullins效应 (15)2.6泡沫橡胶模型 (15)3物理试验 (15)3.1变形模式 (15)3.1.1单轴拉伸 (16)3.1.2平面拉伸 (17)3.1.3单轴压缩 (18)3.1.4等双轴拉伸 (18)3.1.5体积压缩 (20)3.2载荷历史 (21)3.3测试正确的材料 (22)3.4总结 (23)4曲线拟合 (23)4.1曲线拟合 (23)4.2材料稳定性 (24)4.3 Abaqus/CAE中的曲线拟合演示 (25)4.4体积曲线拟合 (36)5 Abaqus应用 (39)5.1介绍 (39)5.2试验数据指南 (41)5.3 Abaqus试验数据的使用 (43)5.4应变能函数的选择 (46)5.5定义用户子程序UHYPER (50)5.6 Mullins效应 (50)5.7超弹性泡沫材料模型 (53)在Abaqus/CAE定义橡胶弹性：hyperfoam (53)6 Abaqus建模要点及应用技巧 (56)6.1建模问题 (56)6.2示例：汽车玻璃升降通道的密封条 (64)6.3使用Abaqus/Explicit进行橡胶分析 (69)6.4例子：汽车油底壳密封压缩 (71)7粘弹性材料行为 (75)7.1时域响应 (75)7.2线性粘弹性 (76)7.3温度相关性 (78)7.4频域响应 (79)7.5滞后和阻尼 (81)8时域粘弹性 (81)8.1经典的线性粘弹性 (81)8.2 Prony级数表示 (82)8.3有限应变粘弹性 (84)8.4应力松弛和蠕变试验数据 (85)8.5 Prony级数数据 (90)8.6自动材料评估 (90)8.7使用提示 (91)9频域粘弹性 (92)9.1经典的各向同性线性粘弹性 (92)9.1.1表格数据 (93)9.1.2公式数据 (95)9.2各向弹性的有限应变粘弹性 (96)9.3分析程序 (98)10时间-温度效应 (99)10.1缩减时间 (99)10.2测量温度依赖性 (100)10.3温度效应的输入数据 (101)10.4 WLF例子 (102)11橡胶材料的迟滞效应 (103)11.1弹性体的滞后效应 (103)11.2模拟弹性体中的永久变形 (107)11.3各向异性超弹性 (111)12有限变形理论 (115)12.1运动和位移 (115)12.2线单元的材料拉伸 (116)12.3变形梯度张量 (116)12.4有限变形和应变张量 (117)12.5变形的分解 (117)12.6变形的主拉伸和主轴 (118)12.7应变不变量 (118)12.8总结 (119)13橡胶超弹性本构模型 (119)13.1实体橡胶（各向同性）的能量函数 (119)13.1.1多项式模型 (120)13.1.2 Mooney-Rivlin模型 (120)13.1.3缩减的多项式模型 (120)13.1.4 Neo-Hookean模型 (120)13.1.5 Yeoh模型 (121)13.1.6 Ogden模型 (121)13.1.7 Marlow模型 (121)13.1.8 Arruda-Boyce 模型 (121)13.1.9 Van der Waals 模型 (122)13.2 泡沫橡胶模型 (122)13.3 Mullins 效应 (123)14 线性粘弹性理论 (124)15 谐波粘弹性理论 (127)15.1 经典线性粘弹性 (127)15.2 谐波激励 (127)Abaqus中的橡胶及粘弹性建模很多零件中都应用橡胶材料。
用ABAQUS软件分析轴箱橡胶垫的性能
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∑ ∑ U
N
= Cij (i1
i+ j=1
− 3)i (i2
− 3) j
+
N i =1
1 Di
( jel
− 1) 2i
式中：
ABAQUS 软件 2003 年度用户论文集
U—应变势能
Jel—弹性体积比 I1、I2—应变不变量 Di—定义材料的压缩性 Cij—Rinvlin 系数 将橡胶材料的单轴拉伸、单轴压缩和平面剪切实验数据输入 ABAQUS 软件中，然后设置应变
示，相应的应力云图如图 8~13 所示。
表2
最大 Von—Mise 应力（MPa）
垂向 上面板
37.77
性能 下面板
11.47
横向 上面板
63.6
性能 下面板
26.77
纵向 上面板
63.12
性能 下面板
39.28
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ABAQUS 软件 2003 年度用户论文集
图 8 垂向变形时上盖板应力云图
图 1 二维模型图
图 2 三维模型图
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二、 分析过程
ABAQUS 软件 2003 年度用户论文集
1、建立有限元分析模型
在进行三向受力分析时根据其结构以及载荷的对称性可以采用一半模型进行分析，在进行网格离
散时金属部分采用三维八结点六面体单元 C3D8，橡胶部分采用三维八结点杂交单元 C3D8H。分析
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四、 参考文献
ABAQUS 软件 2003 年度用户论文集
1 TB/T1335－1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》
2 郭仲衡，非线性弹性理论，科学出版社，1980 年。
abaqus第五讲：ABAQUS中的材料
超弹性 （Hyperelasticity）
典型的橡胶材料的应力－应变行为是弹性的，但是高度的非线性，如图所示。这种 材料行为称为超弹性（hyperelasticity）。超弹性材料的变形在大应变值时（通常超 过100%）仍然保持为弹性，如橡胶。
橡胶的典型应力－应变曲线
ABAQUS当模拟超弹性材料时，作出如下假设： 材料行为是弹性。 材料行为是各向同性。 模拟将考虑几何非线性效应。 另外，ABAQUS/Standard默认地假设材料是不可压缩的。ABAQUS/Explicit假设材料 是接近不可压缩的（默认的泊松比是0.475）。 弹性泡沫是另一类高度非线性的弹性材料。它们与橡胶材料不同，当承受压力载荷时 它们具有非常大的可压缩性。在ABAQUS中，应用不同的材料模型来模拟它们 。 ABAQUS应用应变势能（U）（strain energy potential）来表达超弹性材料的应力 －应变关系，而不是用杨氏模量和泊松比。有几种不同的应变势能：多项式模型、 Ogden模型、Arruda-Boyce模型、Marlow模型和van der Waals模型。还有多项式 模型的比较简单的形式，包括Mooney-Rivlin模型、 neo-Hookean模型、简缩多项 式模型和Yeoh 模型。 多项式形式的应变势能是常用的形式之一，可以表达为：
材料硬化
屈服面会由于塑性变形而发生改变。屈服面的改变是由硬化法则来定义的。 ABAQUS中提供了以下几种硬化法则：
●理想塑性 ●各向同性硬化法则
适用于碰撞分析、成型分析和一般的失效分析； 单调加载情况；
●运动硬化法则
适用于循环加载情况；只能在/Standard 中应用；
●混合的各向同性/运动硬化法则
ABAQUS所用的材料曲线
ABAQUS中橡胶大变形问题的一些解决办法
ABAQUS中橡胶大变形问题的一些解决办法zhangleilyl（搜索论坛的答复以及一些参考书和文献总结，由于水平有限，不免会有很多错误，仅供参考）密封橡胶的数值仿真是一类典型的非线性问题，牵涉到材料非线性（超弹性）、边界非线性（接触）和几何非线性（大变形）问题的集合，如果设置不当，极容易导致求解困难。
特别是在密封橡胶的变形复杂，比如和多个不规则边界接触、变形很大等情况，需要更谨慎的设置相关参数，以求得到合适的解答。
模型的适当简化对薄板问题可忽略厚度方向的应力，作为平面应力（plane stress）问题；对长柱体可忽略第三方向的应变，作为平面应变（plane strain）问题;对O型圈等可作为轴对称问题。
平面应力和平面应变在建立part时需选中2D Planar，轴对称问题需选中Axisymmetric；在选择单元时也应注意三者的区别（CPS* ,CPE*, CAX* ）。
求解器的选择因为问题复杂，使用Standard求解容易不收敛，在精度允许的情况下，可选用Explicit求解器。
只是多数时候Explicit求解时间较长。
应当知道的是，对于橡胶这种典型的不可压缩材料，使用杂交单元（含字母H）是恰当的，但Explicit中没有杂交单元（庄茁书中的例子选用减缩单元）。
并且在Explicit 中，橡胶材料默认泊松比为0.475。
材料模型的选择我只用过其中三个，Neo-hookean，简单易用，就一个参数。
对于初学者和简单的模拟比较方便。
但是当变形增加到一定范围就不能得到准确的结果了，因为它的参数是来自小变形部分的应力-应变关系。
Mooney-Rivlin 是比较常用的本构模型。
对于没有加碳黑的橡胶来说，这模型能得到比较准确的结果。
但是用它来模拟加了碳黑的橡胶就不太精确了。
Yeoh 是用来模拟加碳黑后的橡胶，三个参数都比较容易得到。
可是这个模型在小变形 extension ratio<1.5时结果不准确。
用ABAQUS软件分析橡胶堆的性能
（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲，412007）
摘 要 ：随 着 橡 胶 堆 支 座 在 桥 梁 结 构 中 的 广 泛 应 用 ，人 们 对 橡 胶 支 座 的 性
能 研 究 也 愈 来 愈 深 入 ， 本 文 以 美 国 HKS 公 司 开 发 的 大 型 有 限 元 软 件 — —
2、 分析过程 问题描述：橡胶堆产品在工作状 态下主要承受垂向压力和水平的剪
图一：产品结构简图
在对产品进行有限元分析时，一 般分以下几个步骤进行。 步骤一：建立有限元模型：根据产品 的尺寸形状，建立有限元模型如图二 所示。划分网格时，对于橡胶部分， 考虑到橡胶材料的不可压缩性，采用 三维八结点杂交单元 C3D8H 来模拟； 对于钢板部分，采用三维八结点实体 单元 C3D8 来模拟。
根据设计要求与图五所显示的 结果我们将倒角半径改为 7mm，此时 的 Mises 应力的最大值 1.2MPa 左右， 这个应力值小于橡胶在短时间冲击 载荷下的许用应力值。通过调整结构 尺寸，垂向变形时，产品的应力水平 可以满足使用要求。
3、 结论 通过以上的例子可以看出，与常 规计算相比较，利用有限元软件对产 品进行分析计算，对调节产品的刚 度、强度性能，以及提高产品使用寿 命都更加有利。而且，随着人们对产 品设计的合理性、科学性的要求的不 断提高，有限元分析作为一种重要的 分析手段，在产品设计中的所起的作 用亦会愈来愈大。
Di—定义材料的压缩性
来决定是否需要重新分析。如果分析
Cij—Rinvlin 系数
质量可以满足要求，那么下一步就要
本例中取 N=1，本产品所用胶料
根据产品的实际工作要求，在分析结
基于ABAQUS的圆柱形橡胶堆参数化建模的二次开发
２.１ 面开发方式的确定
Rubber: C10:
Poissons Ratio:
C01:
D1:
Load1
对橡胶堆进行二次开发的界面开发的方式主要有以
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Reserved.
下两种 [６] ꎮ
Load1:
１) 创建 Ｐｌｕｇ－ｉｎｓ 插件程序ꎻ
２) 创建用户应用程序ꎮ
对于第 ２ 种 方 法ꎬ 利 用 创 建 其 他 的 应 用 程 序 ( 如
h
H2
H3:
Layers:
O
图 ２ 圆柱形橡胶堆的
H1
D2
D1
x
Cancel
OK
图 ３ Ｍｏｄｅｌ ｓｅｔｔｉｎｇ 界面
受载示意图
２ 橡胶堆仿真模块的设计
Rubber pile
Model setting
Material and load setting
Steel: Youngs Modulus:
(３)
赋予材料、边界条件、施加载荷及网格划分等操作ꎬ并自动
界面的设置和输入相关参数ꎬ程序将快速完成几何建模、
将作业提交分析ꎬ从而得出所需要的分析结果ꎮ
Rubber pile
Model setting Material and load setting
z
D1:
D2:
R
H1:
D3
H2
2r
H3
D3:
R:
y
ＳＯＮＧ Ｙｉｎｇ１ꎬ２ ꎬ ＲＯＮＧ Ｊｉｇａｎｇ２ ꎬ ＭＡ Ｑｉｕｃｈｅｎｇ１ ꎬ ＨＵＡＮＧ Ｙｏｕｊｉａｎ２ ꎬ ＷＡＮＧ Ｊｉｎｈｕｉ ２
(１. Ｘｉａｎｇｔａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｘｉａｎｇｔａｎ ４１１１０５ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
Abaqus胶合材料的行为及设置方法
Abaqus胶合材料的⾏为及设置⽅法本节主要是要讲胶合⾏为，胶合⾏为在abaqus⾥⾯主要有两种⽅式。
⼀个是胶合元素（单元），另外⼀个是胶合的接触性质。
所以在abaqus⾥⾯胶合的这个⾏为有有两种⽅式可以模拟，⼀种是把它当接触性质⼀样，去判断这个接触性质有没有发⽣破坏，另外⼀个是建成了⼀个元素，所以在我们后⾯的说明⾥⾯，如果是胶合元素的话，它的材料⾏为，我们会把它定义在material 的property ⾥⾯，因为它是⼀个元素，必须要有⼀个property 的设定。
如果是接触的话，我们把它定义成接触，那它就只会出现在contact property ⾥⾯，然后去定义可cohesive property。
简单介绍⼀下胶合⾏为，这个胶合⾏为主要是有这两个学者在在这个1960年的时候把胶合应⼒应⽤在破坏模型⾥⾯。
胶的破坏模主要把它分成adhesion failure(胶和接触物之间的破坏)和cohesion failure(胶本⾝的破坏)，也就是adhesion是胶和接触物之间的破坏，如果是cohesion failure⽐的话，胶本⾝的破坏。
所以我们⽤下⾯这张图的话，就可以很明显的知道什么是adhesion跟cohesion。
但是在abaqus ⾥⾯我们把这两件事情看成是同⼀件事情。
我们就把它统⼀称为洗cohesive behavior。
胶的实验讲义中列的有多种tensile test，shear test,peel test,fracture toughness test。
电⼦⼚跟胶⼚主要会做的实验⼤概就是peel test、tensile test、shear test。
其实我们在abaqus ⾥⾯要输⼊的参数就是normal tensile跟shear test,就主要就是这两种，定义正向跟切向的⾏为。
那还有⼀点，最下⾯这⼀点是很重要的，就是说这个规范⾥⾯它的试⽚黏着物是钢板跟铝板，我们实际上在测试这个这个胶的性质的时候，我们是必须把它改成我们在产品应⽤上⾯真实会被粘着的那些材料，因为被粘着物不⼀样，它的性质可能就会不⼀样。
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橡胶材料在ABAQUS的材料参数设定
ABAQUS是一款常用的有限元分析软件，能够进行多种工程问题的模
拟和分析。
在ABAQUS中，要设定橡胶材料的材料参数，首先需要选择适
当的材料模型，并根据实验数据来确定材料参数的具体数值。
橡胶材料的
性质是非线性的，所以在ABAQUS中通常使用Hyperelastic材料模型。
下
面将详细介绍橡胶材料在ABAQUS中的材料参数设定。
橡胶材料的本构模型
由于橡胶材料的高度可压缩性和非线性行为，经典的线性弹性模型不
能准确地描述橡胶的力学性能。
在ABAQUS中，默认的橡胶材料模型是非
线性的Hyperelastic材料模型，可选的模型包括：Mooney-Rivlin模型、Neo-Hookean模型、Ogden模型等。
这些模型的主要区别在于其形式和需
要确定的参数数量。
在选择合适的模型时，需要根据实验数据的特点和需
求来进行选择。
材料参数的确定
确定橡胶材料的材料参数是非常重要的，这些参数直接影响到模拟结
果的准确性。
通常，可以通过实验测试来测量材料的拉伸或压缩行为，以
及其它的力学性能，例如剪切刚度和各个方向上的应变能函数。
利用这些
实验数据，可以利用ABAQUS提供的拟合工具进行参数拟合，从而得到合
理的材料参数。
拟合工具
ABAQUS提供了多种实验数据拟合工具，用于确定材料模型的参数。
其中最常用的是通过拉伸实验数据进行拟合来确定材料的应变能函数。
该
方法基于ABAQUS的材料模型来计算应变能函数，然后将实验数据拟合到
计算结果得到最佳拟合参数。
在ABAQUS中，可以通过以下步骤进行材料参数设定：
1. 创建材料模型：选择合适的Hyperelastic材料模型，并为其分配
一个名称。
2.确定材料参数：根据实验数据的特点和要求，选择适当的材料参数。
3.输入材料参数：将确定的材料参数输入到ABAQUS中，可以通过输
入文件或者ABAQUS/CAE图形界面进行设定。
4.材料测试：使用所设定的材料参数进行模拟测试，验证材料模型的
准确性。
5.参数拟合：如果模拟结果与实验数据不符，可以利用ABAQUS的拟
合工具进行参数拟合，从而得到更准确的材料参数。
总结
通过选择合适的Hyperelastic材料模型，并根据实验数据进行参数
设定，可以在ABAQUS中准确地模拟橡胶材料的非线性行为。
合适的材料
参数设定是保证模拟结果准确性的关键，需要综合考虑实验数据的特点和
模型的适用性。
同时，根据需要可以通过拟合工具来进一步优化材料参数，以提高模拟结果的精度。