ABAQUS粘弹性材料分析_51CAE_新浪博客
一、粘弹性材料
自然界有两类众所周知的材料:弹性固体和粘性流体。弹性固体具有确定的构形,在静载荷作用下发生的变形与时间无关;粘性液体没有确定的形状,在外力作用下形变随时间而发展。而有一些材料同时具有弹性和粘性两种不同机理的变形,综合体现弹性固体和粘性流体的特性,材料的这种性质称为粘弹性。这类材料受力后的变形过程是一个延迟过程。因此,这类材料的应力不仅与当时的应变有关,而且与应变的全部变化过程有关,材料应力应变一一对应的关系已不存在,应力应变关系与时间有关,这类材料称为粘弹性材料。
材料粘弹性力学行为
物质粘弹性的宏观表象描述,着重于物质的力学行为与时间、频率和温度的相关性:准静态下物体的应力应变随时间而变化的基本现象,即蠕变和应力松弛;谐变作用时粘弹性性能的频率相关性;粘弹性行为的温度依赖性。
二、粘弹性本构模型
由于粘弹性材料的力学性能如剪切模量、损耗模量、损耗因子等通常与环境温度、振动频率、应变幅值等有关,因此粘弹性材料的本构关系将比较复杂。国内外许多学者对此进行了研究,目前常用的粘弹性材料本构模型如下
2.1 Maxwell模型
Maxwell模型认为,粘弹性材料可以等效为一个弹簧和一个粘壶单元相串联而成。
式中:
G1、G2 --- 储能模量(剪切模量)和损耗模量;
η = G1/G2 --- 损耗因子,用于描述粘弹性材料的阻尼性能,η越大,材料阻尼性能越好,η越小,材料阻尼性能越差。
研究表明,Maxwell模型能够描述粘弹性材料的松弛特性及储能模量G1随频率w的变化趋势,而不能确切地描述粘弹性材料的蠕变特性及损耗因子η随频率w的变化趋势,并且没有体现出温度对粘弹性材料力学性能的影响。
2.2 Kelvin模型
Kelvin模型认为,粘弹性材料可以等效为一个弹簧和一个粘壶元件相互关联而成。
研究表明,Kelvin模型能够描述粘弹性材料的蠕变特性,但不能确切地描述粘弹性材料的松弛特性及损耗因子η、储能模量G1随频率w的变化趋势,并且没有体现出温度对粘弹性材料力学性能的影响。
考虑橡胶材料的粘弹性性能,在定义超弹性属性后,还需在材料属性定义中继续添加材料的粘弹性参数或滞回参数。ABAQUS提供了多种粘弹性或滞回参数的输入方式,最常见的有多项系数拟合、松弛及蠕变的实验数据输入两种方式 。
Abaqus中粘弹性材料时域下的Prony级数定义问题
采用粘弹性模型来模拟,如果按照时域的Prony级数来描述粘弹性的性质,在abaqus中,g(i),k(i),tau(i)三个参量分别指什么,怎么确定啊?
答:归一化之后的剪切模量 / 体积模量。一般而言,将 E 的时域 Prony 级数都除以所有系数E(无穷)及E(i)之和(即相当于除以 tao=0 时的值),再适当变形即可,归一化后 tao 不变。你看看帮助文档。
Analysis手册(10.7)中说:
对于时域粘弹性,需要与线弹性、超弹性或者超泡沫一起定义;
对于频域粘弹性,需要与线弹性或超弹性一起定义,为什么呢?
粘弹性是弹簧与粘壶的组合结构的力学性质,为什么不能独立定义呢?
答:在abaqus中,剪切模量和体积模量计算需要用到E和V,粘弹材料中的定义是一个相对量。
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