(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211139532.4 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 株洲时代新材 料科技股份有限公司 地址 412007 湖南省株洲市天元区海天路 18号 (72)发明人 荣继刚　黄友剑　杨军　卜继玲　 (74)专利代理 机构 株洲湘知 知识产权代理事务 所(普通合伙) 43232 专利代理师 王宏 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种大变形橡胶材料超弹复合行为精准仿 真方法 (57)摘要 本发明提出了一种大变形橡胶材料超弹复 合行为精准仿真方法， 属于仿真技术领域， 包括 以下步骤： S1.开展不同应变水平的材料单轴拉 伸、 双轴拉伸和平面拉伸试验， 获取原始数据； S2.搭建以不同应变水平下的应变历程加载试验 数据作为表征损伤的副主曲线族； S3.搭建一组 虚拟化的超弹主曲线， 分别表征单轴拉伸， 双轴 拉伸和平面拉伸超弹行为； S4.对虚拟超弹主曲 线、 副主线族进行拟合， 得到超弹本构参数及 mullins效应参数。 本发明方法得到的仿真材料 参数更能准确表征弹性元件的超弹复合力学行 为， 提高弹性元件产品刚度仿真的准确性。 权利要求书3页 说明书7页 附图5页 CN 115329644 A 2022.11.11 CN 115329644 A 1.一种大变形橡胶材 料超弹复合行为精准仿真方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1.开展不同应 变水平的材 料单轴拉伸、 双轴拉伸和平面拉伸试验， 获取原 始数据； S2.搭建以不同应 变水平下的应 变历程加载 试验数据作为表征损伤的副主曲线族； S3.搭建一组虚拟化的超弹主曲线， 分别表征单轴拉伸， 双轴拉伸和平面拉伸超弹行 为； S4.利用Ogden ‑N模型、 Mullins效应公式对虚拟超弹主曲线、 副主线族进行拟合， 得到 超弹本构参数及mul lins效应参数。 2.根据权利要求1所述大变形橡胶材料超弹复合行为精准仿真方法， 其特征在于， 步骤 S2具体包括： (1)利用软件模块， 将单轴拉伸 试验所得到的不同应变水平下的最后一次加载曲线抽 取出来， 对其进行调零处理， 即初始 零应变对应于初始零应力， 形成表征超弹行为的不同应 变历程单轴拉伸数据族； (2)将双轴拉伸 试验所得到的不同应变历程下的最后一次加载曲线抽取出来， 再对其 进行调零处 理， 从而形成表征超弹行为的不同应 变历程双轴拉伸数据族； (3)将平面拉伸 试验所得到的不同应变历程下的最后一次加载曲线抽取出来， 再对其 进行调零处 理， 从而形成表征超弹行为的不同应 变历程平面拉伸数据族。 3.根据权利要求2所述大变形橡胶材料超弹复合行为精准仿真方法， 其特征在于， 所述 软件模块为ABAQUS软件中的Cal ibrations模块。 4.根据权利要求2所述大变形橡胶材料超弹复合行为精准仿真方法， 其特征在于， 所述 最后一次加载曲线为稳定后的加载曲线。 5.根据权利要求1所述大变形橡胶材料超弹复合行为精准仿真方法， 其特征在于， 步骤 S3具体包括： (1)对于单轴拉伸主超弹行为， 将不同应变水平下的最大应力应变数据点， 抽调出来组 成单轴拉伸应力应 变数据曲线； (2)对于双轴拉伸主超弹行为， 将不同应变水平下的最大应力应变数据点， 抽调出来组 成双轴拉伸应力应 变数据曲线； (3)对于平面拉伸主超弹行为， 将不同应变水平下的的最大应力应变数据点， 抽调出来 组成平面拉伸应力应 变数据曲线； (4)由这3组虚拟化的应力应变数据曲线共同构建橡胶材料的一组虚拟化的超弹主曲 线。 6.根据权利要求1所述大变形橡胶材料超弹复合行为精准仿真方法， 其特征在于， 步骤 S4具体包括： (1)用Ogden ‑N模型对虚拟化出来的这组超弹主曲线进行超弹本构的拟合， 得到超弹本 构参数 μi、 αi； (2)利用Mullins效应公式对单轴拉伸、 双轴拉伸和平面拉伸行为的应变历程效应进行 表征， 得到表征损伤的材 料参数r， m， β， 计算公式如下式(2)。 7.根据权利要求6所述大变形橡胶材料超弹复合行为精准仿真方法， 其特征在于， 所述 Ogden‑N模型公式如式(1)：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115329644 A 2其中， W为应变能密度； αi、 μi为表征材料变形行为的超弹本构参数； λ1， λ2和 λ3为材料 在三个主方向的伸长率。 8.根据权利要求6所述大变形橡胶材料超弹复合行为精准仿真方法， 其特征在于， 所述 Mullins效应公式如式(2)： 其中， η为损伤变量， W(I1)为超弹形变的应变能密度， W(I1,max)是W(I1)在变形历程中的 最大值； rβ 和m为表征损伤的材 料参数； erf(x)为 误差函数。 9.根据权利要求1所述大变形橡胶材料超弹复合行为精准仿真方法， 其特征在于， 具体 包括以下步骤： S1.开展不同应变水平的材料拉伸实验， 包括单轴拉伸， 双轴拉伸和平面拉伸实验， 得 到三种基础变形模式下不同拉伸应 变水平的原 始实验数据； S2.搭建以不同应 变水平下的应 变历程加载 试验数据作为表征损伤的副主曲线族： (1)利用ABAQUS软件中的Calibrations模块， 将单轴 拉伸试验所得到的不同应变水平 下的稳定后的加载曲线抽取出来， 对其进 行调零处理， 即初始 零应变对应于初始 零应力， 形 成表征超弹行为的不同应 变历程单轴拉伸数据族； (2)将双轴拉伸 试验所得到的不同应变历程下的稳定后的加载曲线抽取出来， 再对其 进行调零处 理， 从而形成表征超弹行为的不同应 变历程双轴拉伸数据族； (3)将平面拉伸 试验所得到的不同应变历程下的稳定后的加载曲线抽取出来， 再对其 进行调零处 理， 从而形成表征超弹行为的不同应 变历程平面拉伸数据族； S3.搭建一组虚拟化的超弹主曲线， 分别表征单轴拉伸， 双轴拉伸和平面拉伸超弹行 为： 对单轴拉伸行为、 双轴拉伸行为和平面拉伸行为虚拟化 一条超弹应力应 变数据曲线： (1)对于单轴拉伸主超弹行为， 将不同应变水平下的最大应力应变数据点， 抽调出来组 成单轴拉伸应力应 变数据曲线； (2)对于双轴拉伸主超弹行为， 将不同应变水平下的最大应力应变数据点， 抽调出来组 成双轴拉伸应力应 变数据曲线； (3)对于平面拉伸主超弹行为， 将不同应变水平下的的最大应力应变数据点， 抽调出来 组成平面拉伸应力应 变数据曲线； (4)由这3组虚拟化的应力应变数据曲线共同构建橡胶材料的一组虚拟化的超弹主曲 线； S4.利用Ogden ‑N模型、 Mullins效应公式对虚拟超弹主曲线、 副主线族进行拟合， 得到 超弹本构参数及mul lins效应参数： (1)用Ogden ‑N模型对虚拟化出来的这组超弹主曲线进行超弹本构的拟合， 得到超弹本 构参数 μi、 αi， 计算公式如式(1)： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115329644 A 3