专家洞见：2016 Science in the Age of Experience大会Abaqus高级本构建模前沿

本文回顾2016年Science in the Age of Experience大会上客户发表的高级材料建模论文，笔者曾担任多场会议主席。

高级材料建模（本构建模）始终是Abaqus前沿应用的核心主题，跨越几乎所有行业。本届大会亦不例外，客户在Abaqus/Standard与Abaqus/Explicit中应用高级材料模型的论文众多，分布于专题行业轨道及“材料”、“复合材料”轨道。

高级材料建模两大主题：

1. 聚合物与塑料的更优材料模型。
2. 聚焦热力耦合事件/过程的高保真材料建模。

众多行业Abaqus用户致力于弹性体、聚合物、塑料的高保真模型。Volgers（弹性体）、Pannneerselvam（聚合物）、Karim（聚合物）论文展示了这一趋势。后两者还展示了Abaqus新PRF（并联流变框架）模型捕捉非线性粘弹性的能力。

Brown、Arias、Nyaaba论文聚焦热力耦合建模。首篇针对锻造中金属，后两篇针对橡胶机械滞回发热。Nyaaba论文同时涉及PRF模型在轮胎滞回发热中的应用。

基于Abaqus高级非线性本构模型预测一体式安全注射器货架寿命——Dinesh Panneerselvam等，Unilife Medical Solutions

摘要：医疗器械行业监管严格，患者安全至上。从制造、货架期到使用全周期，设备必须按预期工作。医疗塑料在货架期可能因设计导致力学性能降解，选材与设计阶段必须考量此长期行为。

塑料长期恒载下会发生蠕变变形。蠕变实验周期长，延缓设计迭代上市。基于高级材料模型的计算仿真可高精度预测材料长期行为，提供深度洞察，大幅缩减迭代周期。

本文采用基于并联流变框架的超弹性-非线性粘弹性模型，对聚碳酸酯短期/长期行为建模。本构模型经单轴拉伸与长期蠕变试验数据标定，预测Unifill Finesse™一体式安全注射器聚碳酸酯部件随时间应变演变。模型预测经长期实时及加速老化实验验证（通常耗时数月）。

结论：通过高精度建模与蠕变预测，将耗时昂贵的实验迭代压缩至极少轮次，证明FEA仿真可作为产品开发高效工具，节约时间成本、加速高质量产品上市。阅读全文

基于Abaqus PRF模型预测热塑性聚合物非线性粘弹性恢复——Mohammed Karim等，DuPont Performance Materials

摘要：热塑性聚合物表现显著非线性粘弹性，卸载后随时间发生粘弹性恢复，随后才产生永久变形。本文用Abaqus PRF模型预测这一时依恢复行为。区别于Abaqus线性粘弹性模型，PRF可捕捉热塑性材料典型非线性粘弹性。

应力松弛与三种应变水平循环加载试验用于标定PRF系数。SIMULIA优化工具Isight优化系数。优化后PRF模型成功预测热塑性聚合物时依非线性粘弹性恢复。阅读全文

耦合热力锻造仿真与材料本构律影响——Stuart Brown等，Veryst Engineering

摘要：正确热成型设计依赖精准预测成型载荷、材料变形、材料性能。热力耦合分析中，模具/工件接触改变局部变形温度，进而改变微观组织与最终性能。

本文考察热锻造仿真中不同材料/接触模型的影响及对最终性能的后果。对比速率无关塑性与Abaqus Anand内变量粘塑性模型；采用不同压力敏感度的接触热传递条件。仿真表明本构模型选择对锻件最终预测性能影响显著。阅读全文

基于应变能改进橡胶胎面设计抑制循环载荷热积聚——Sergio Arias等，Camso

摘要：橡胶循环载荷下发热机制复杂，源于加载卸载过程的粘弹性本质，难以数值量化。十余年该领域多突破，有限元代码开始提供研究手段，但工程验证仍极难。替代思路：利用单载荷循环产生的应变能，指导设计新一代胎面以满足橡胶履带性能日益增长的需求。阅读全文

非公路轮胎温度场FEA预测——W. Nyaaba等，Missouri University of Science and Technology

摘要：超大矿用自卸车轮胎过热是露天矿轮胎失效主因。精准预测运行轮胎温度分布需高级数值模型模拟充填橡胶化合物对工况的完整弹性体响应。轮胎内部热源源于滚动时的粘弹性能量耗散。既往研究用线性粘弹性近似非线性橡胶，导致OTR轮胎发热率与温度预测不准。

本文提出基于真实力学响应的OTR轮胎温度分布精准预测方法。采用Abaqus新实现的并联流变框架（PRF）建模橡胶非线性粘弹性。用两种区域配方（胎面、胎体）应力松弛数据，经Isight数据匹配标定PRF参数。采用Abaqus/Explicit全耦合热应力分析，对比线性粘弹性（Prony级数）与非线性粘弹性（PRF）两种材料理论对典型Michelin 59/80R63轮胎温度分布的预测。结果显示PRF模型预测更准确。阅读全文

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