超弹性是指材料存在一个弹性势能函数,该函数是应变张量的标准函数,其对应变分量的导数是对应的分量,在卸载时应变可自动回复的现象。应力和应变不再是线性对应的关系,而是以弹性能函数的关系对应。超弹性的性质包括应力和应变的关系,如图5-2所示不是直线,并且还有大应变,卸载时沿着加载路径的反方向返回,载荷回到0,则应变(变形)也为0。
ABAQUS从变形返回原来的样子来说是弹性的,而超弹性模量所依赖的应变这一点上却是非线性的。具有这种性质的材料的分析用超弹性分析,多数场合下伴随着大应变(变形)。橡胶可以近似认为是具有可逆的(弹性)响应的、非线性的材料,如图5-2所示,属于超弹性材料中的一种,此时泊松比为0.5(非压缩材料)或者在其附近。
橡胶材料制成的O型环、垫圈、衬套、密封垫、轮胎等,在大变形场合都是利用ABAQUS的大变形、大应变性能。
5.1.3 粘弹性
塑料对应力的响应兼有弹性固体和粘性流体的双重特性,称为粘弹性。
粘弹性使塑料同时具有类似固体的特性,如弹性、强度等,同时具有类似液体的特性,如随时间、温度、负荷大小和速率而变化的流动性。
蠕变是在恒定应力作用下,材料的应变随时间增加而逐渐增大的材料特性。
ABAQUS提供了3种标准的粘弹性材料模型,即时间硬化模型、应变硬化模型和双曲正弦模型。
1.时间硬化模型
其中, ——单轴等效蠕变应变速率;
q——等效单轴偏应力;
t——总时间;
A、n和m——材料常数。
2.应变硬化模型
3.双曲正弦模型
其中,θ——温度;
Zq——用户定义温标的绝对零度;
ΔH——激活能;
R——普适气体常数;
A、B和n——材料常数。
(内容、图片来源:《ABAQUS 2020有限元分析从入门到精通》,侵删)
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