【分享】ANSYS7.0超弹材料的定义－新的曲线拟合功能

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ANSYS7.0超弹材料的定义－新的曲线拟合功能
   
ANSYS7.0中的超弹材料模拟能力得到了很大的加强，在ANSYS6.1的超弹材料模型的基础上又增加了Gent, Yeoh, Blatz-Ko, and Ogden (Foam)四种超弹性材料模型，使得其超弹模拟能力得到了进一步扩展。
  
ANSYS7.0中对超弹能力最吸引人的增强还不在于此，而是在于其曲线拟合能力的大幅度扩展，不再像ANSYS6.1以前的版本一样曲线拟合仅仅局限于Mooney-Rivlin模型，而是将其扩展到所有的超弹模型，这样，用户可以利用实验得到的应力应变数据直接让程序自己拟合出任意一种超弹材料模型的参数，大大方便了用户的使用。以下就ANSYS7.0的超弹拟合功能做一简单介绍。
  
在ANSYS6.1中，*mooney命令或对应的GUI菜单可以根据试验数据拟合Mooney-Rivlin超弹材料参数，但只局限于这一种模型，而且其使用也受到了限制，其数据只能用于hyperXX单元，若要用于18x单元还需要将拟合出的参数直接输入tb hyper对应的超弹模型中，由于其使用的不方便性，Ansys7.0的超弹模型中剔除了Ansys6.1版本中的*mooney命令对应的曲线拟合菜单而增加了新的可适用于多个超弹模型的拟合功能，但*mooney命令仍然存在，也就是说如果您需要使用经典的拟合方法，可以定义相应的数组参数，然后用命令流的方式进行拟合。
  
其实，在Ansys7.0中不再推荐使用*mooney命令来进行拟合，而建议采用新的拟合技术,可以进行多个超弹模型的拟合，而且可以直接用于18x单元。其拟合菜单的路径为： Material->Nonlinear->Elastic->Hyperelastic->Curve Fitting
  
然后按照wizard的提示一步步输入单轴、双轴、剪切、体积试验数据文本文件名称，如果没有任何一种试验数据，只需将该名称处空置即可，最后选择需要拟合数据的超弹模型，程序就会自动计算出相应的参数，并立刻在图形窗口显示拟合曲线与试验曲线的比较图，如果不理想，可以点击prev回到前面的步骤重新选取模型，如果拟合结果满意，则点击update，拟合出来的材料参数就会被输入激活的材料号中，使用起来非常方便。
  
试验数据的文件格式需要进行说明：
  
单轴、等双轴、剪切数据为应变－应力数据，依次输入应变、应力值，第一列为应变，第二列为应力，每一行两个数之间用空格隔开（空格数目不限），代表一个数据点。数据符号：拉为正，压为负。
  
体积试验数据有所不同，每一行两个数据同样用空格隔开，第二个数为静水压力，但第一个数不是体积应变e，而是相对体积，即1+e，例如体积应变为-0.01，则应该在第一列输入0.99。而且程序假定体积试验为线性关系，拟合时也只拟合出一条直线，所以通常输入两个值即可。数据符号：使体积减小的静水压力为正，这需要注意，如下例：
0 0
0.99 20
  
在选用mooney模型的情况下，单轴、等双轴、剪切试验数据用来计算参数c1-c9，而体积数据用来计算最后一个数据d（不可压缩性因子，与泊松比有关），如果不给出体积试验曲线，则d=0，这种情况下可能需要手工修改d值，如果知道泊松比u，则可用如下公式计算： d=(1-2u)/(c1+c2)
  
此式是建立在几乎不可压缩（u接近于或等于0.5）的前提下的。因为准确的公式应该如下：  
剪切模量G=2(c1+c2) 体积模量k=E/(3(1-2u)) G=E/(2(1+u)) k=2/d
于是 d=2/k=6(1-2u)/(4(1+u)(c1+c2))
  
可以看到，如果u约等于0.5，则上式可以简化为前面的式子。
  
mooney还有其他一些推导基于几乎不可压缩，所以对mooney模型而言，输入参数时一定要注意其泊松比应该接近0.5，一般大于0.49。

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