超弹性材料应变特性及曲线拟合方法

超弹性材料【Hyperelasticity】是指材料在外力作用下产生远超过弹性极限应变量的应变，而且卸载时应变可恢复到原来状态的材料。

在Mechanical中，超弹性材料是一种聚合物，其弹性体包括天然或合成的橡胶，它是非晶态的，由长的分子链组成。分子链将高度扭转、卷曲，且在未变形状态下取向任意；在拉伸载荷作用下，这些分子链的部分变得平直、不扭曲；一旦卸载，这些分子链返回到初始形态。其本构关系通过应变能密度函数定义，应变能密度函数可通过一条最接近实验拟合应力与应变测试数据的曲线来表达。

在Workbench的工程数据【Engineering Data】里提供了曲线拟合工具来转换实验数据到应变能函数，具体可通过如下方法：

1）创建工程数据。首先从组建系统里双击【Engineering Data】调入图形管理窗口，然后双击【Engineering Data】进入材料系统。

2）在工程数据属性中增加新材料：【Outline of Schematic A2，B2：Engineering Data】→【Click here to add a new material】输入材料名称Hyper，如图5-19所示。

图5-19 创建新材料

3）单击左侧Toolbox中的应力应变实验数据【Experimental Stress Strain Data】展开实验数据项，其中主要包括单轴实验数据【Uniaxial Test Data】、双轴实验数据【Biaxial Test Data】、剪力实验数据【Shear Test Data】、体积实验数据【Volumet-ric Test Data】等。双击【Uniaxial Test Data】→【Properties of Outline Row 4：Hyper】→【Table of Properties Row 2：Uniaxial Test Data】中输入应力应变的单轴实验数据，此时会显示应力应变曲线图，如图5-20所示。

图5-20 输入应力应变的单轴实验数据(www.xing528.com)

4）单击左侧Toolbox中的超弹性材料【Hy-perelastic】展开实验数据项，然后双击超弹性应变能密度函数【Yeoh 3rd Order】→【Properties of Outline Row 3：Hyper】用来拟合曲线。在【Yeoh3rd Order】下的【Curve Fitting】上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Solve Curve Fit】，如图5-21所示，此时Workbench会自动进行批处理拟合曲线，拟合完毕后将显示拟合数据与实验数据，如图5-22所示。

5）在【Yeoh 3rd Order】下的【Curve Fitting】上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Copy Calculated Values To Property】，把拟合的数据添加到【Yeoh 3rd Order】，最后可得拟合曲线，如图5-23所示。

图5-21 快捷菜单

图5-22 拟合数据与图

图5-23 拟合曲线

6）单击工具栏中的【A2：Engineering Data】关闭按钮，返回到Workbench主界面，新材料创建完毕。