ANSYS Workbench | 橡胶的拉伸仿真

橡胶是一种超弹性材料，能够承受大变形（>100%）并能恢复其形状，其变形本质上是弹性的。而像钢这样的材料，在发生较大变形时会产生屈服，无法恢复原状，其变形本质上是塑性的。

• 观察由橡胶和钢材制成的块体在受力后的变形情况。

1. 打开 ANSYS Workbench，创建一个静力学分析（Static Structural）项目。

2. 定义材料属性。导入名为 Engineering_Data.xml 的文件，该文件包含氯丁橡胶和钢材的材料数据。

3. 导入模型。模型外观如图1所示。

 

图1. 一个边长为25mm的简单立方体

4. 为几何模型指定橡胶材料。

5. 按下文图2所示施加约束：

 

图2. 约束–对立方体的三个面施加无摩擦约束

6. 模型求解分为两步。第一步，在X方向上施加600mm的位移；第二步，取消（或“杀死”）该位移载荷，如图3所示：

     

     

图3. 载荷施加–在第二步中取消600mm的位移

7. 在“分析设置”（Analysis Settings）中，定义子步数，并开启大变形选项，如图4所示：

 

图4. 分析设置

8. 对模型进行网格划分，设置合适的网格尺寸，并删除中间节点（即使用低阶单元）。

9. 求解模型，查看块体在第一步和第二步结束后的变形情况：

 

图5. 橡胶块在位移载荷作用下的变形云图

10. 重复上述步骤，但将块体材料换为钢材，并施加200mm的位移载荷。可以看到块体的变形情况如下：

 

图6. 钢材块体在位移载荷作用下的变形云图

通过对比变形云图可以看出，橡胶（超弹性材料）在卸载后能够完全恢复其形状，而钢材块体则发生了塑性变形，在载荷移除后无法恢复原状。