【仿真万物12】一词多义——ABAQUS中的超弹性
在交流仿真本构知识时,我们经常提到超弹性本构。实际上,在Abaqus中,Hyperelastic和Superelastic都可被译为超弹性,但他们是材料非线性的两种类型,区别如下:Hyperelastic超弹性是基于应变能密度函数描述,材料变形能完全可逆,遵循弹性理论,是弹性变形范畴内的模型。我们都知道Elastic代表弹性,前缀Hyper有“超出”的意思,表示弹性之上,很好的体现了非线性弹性的概念。日常中常见的超弹性材料有橡胶等模量水平比较低的高分子材料,相应的模型有Neo-hookean模型、MR模型、Gent模型等。另一类常见的超弹性材料其实就在我们身上,或者是生物体上,诸如血管,肌肉等等。不过生物组织的超弹性更为复杂,往往还表现出明显的各向异性。经典的生物力学超弹性模型有HGO模型等。以下给出两个采用超弹模型进行仿真的案例:图1 橡胶球仿真案例——采用Neo-Hookean超弹模型
图 2 血管挤压仿真案例——采用HGO各向异性超弹模型
Superelastic超弹性即形状记忆合金特性,因应力诱发马氏体相变产生大应变,卸载后恢复原形,涉及材料微观结构变化。前缀Super有"超"的含义,因此该类合金又称超合金。典型的形状记忆合金有NiTi合金等。形状记忆合金超弹性用于医学领域的血管支架、牙齿矫正器,及航空航天的自恢复结构部件。以下给出形状记忆合金的一个仿真案例:
图3 形状记忆合金拉压仿真案例——采用superelastic模型