ABAQUS中橡胶大变形问题的解决方案

密封橡胶的数值模拟是一个典型的非线性问题，涉及一组材料非线性(超弹性)，边界非线性(接触)和几何非线性(大变形)。 如果设置不当，很容易解决。 特别是在密封橡胶的复杂变形例如与多个不规则边界接触，大变形等的情况下，需要更仔细地设定相关参数以获得合适的解决方案。

适合的模型简化

对于薄板问题，厚度方向的应力可以忽略为平面应力问题; 作为平面应变问题，长圆柱体可以忽略第三方向的应变; O形圈可以用作轴对称问题。 平面应力和平面应变需要在构建零件时选择二维平面，轴对称问题应选择轴对称; 选择单位时还应注意三个差异(CPS *，CPE *，CAX *)。

求解器选择

由于问题的复杂性，使用标准解决方案很容易收敛。 如果精度允许，可以使用Explicit求解器。 只有大部分时间Explicit解决的时间更长。 应当理解，对于典型的不可压缩材料如橡胶，使用杂交单元(包括字母H)是合适的，但在Explicit中没有杂交单元(庄子书中的例子使用了还原单元)。 在Explicit中，橡胶材料的默认泊松比为0.475.

材料模型选择

我只使用了其中三个，Neo-hookean，易于使用，只有一个参数。 它对初学者和简单的模拟很方便。 然而，当变形增加到一定范围时，由于其参数是来自小变形部分的应力 - 应变关系，因此不能获得精确的结果。 Mooney-Rivlin是一种更常见的本构模型。 对于没有炭黑的橡胶，该型号可以获得更准确的结果。 但用它来模拟炭黑橡胶并不是很准确。 Yeoh用于在添加炭黑后模拟橡胶，并且所有三个参数都相对容易获得。 然而，当小变形延伸比= 1.5时，该模型是不准确的。 此外，在橡胶材料模型中引入少量可压缩性可以减少体积自锁。

分析步骤设置

在建立小负荷分析步骤之后，可以平滑地建立接触关系，并且可以在下一个分析步骤中应用更大的实际负荷，这可以降低收敛的难度。

联系人设置

刚性表面或相对刚性的表面用作主表面，并且橡胶通常用作次表面。 刚性表面上的尖角引起会聚问题，并且可以定义倒角以分辨刚性表面上的尖角。 在定义接触时，应注意接触面的法线方向应相反。 两个接触面之间的滑动很大，因此选择了有限滑动算法。 在ABAQUS / Standard中，对于“约束强制方法”的选择，建议将“节点到表面”用于平面应力问题，对于平面应变问题，建议使用“表面到表面”。 结果出来后，经常发现存在渗透现象。 这时，有必要关注两个方面：

1.接触定义是否正确，包括主从表面，法线方向等; 2.表面网格需要细化。

约束设置

在可能的情况下，应该增加约束以增加成功解决的可能性，而不充分的约束很容易导致单一的解决方案，例如橡胶“四处奔波”。 例如，在该模型中，橡胶下方的接触点可以完全受约束，并且橡胶上方的接触点仅允许垂直移动。

网格

网格的密度，网格技术的选择和单元类型的选择对计算的成功或失败有很大影响。 只能分析具体问题。 参见施一平的“ABAQUS有限元分析实例详细分析”。 划分网格后，最好使用验证来检查网格的质量。 发生失真以改善电网质量。 在变形严重的情况下，需要细化网格。 线性单元是优选的，并且高阶单元易于发生单元失真，这容易导致计算失败和不准确的结果。