单轴静态压缩数据进行定义

2.2 仿真模型

　　本文中静态压缩和动态落球仿真均采用

Abaqus/Explicit 分析.由于光学胶的大变形特性，

选择的单元类型为

C3D8R，用沙漏控制.

3 结果与讨论

3.1 静态压缩仿真与试验

　　采用

Abaqus/Explicit 分析进行光学胶静态压缩仿真，计算时间为 20 ms.考虑到准静态

分析的目的，在压缩仿真时不考虑材料力学性能率相关特性，因此，材料卡片的定义不包
括黏弹性（率相关性）

.静态压缩仿真与试验结果对比见图 2，可知，仿真结果与试验结果

几乎完全重合，表明超弹性模型对该光学胶非线性力学行为的定义和描述非常准确

.图 2 静

态压缩仿真与试验结果对比

4.2 动态落球仿真与试验对比

　　为验证光学胶动态力学行为定义的准确性，本文采用自制的动态落球系统进行实际测
试和仿真对比验证

.通过调整落球高度，实现光学胶在不同应变率下的冲击压缩工况.不同高

度落球仿真与试验结果对比见图

3，可知，随着跌落高度的增加，落球系统的接触反力峰

值增加，冲击振动的周期减小；同时，在应力波的周期和峰值方面，仿真与试验结果均吻
合较好

　　另外，图

3 存在 3 个方面的小差异：（1）在落球高度较低时（5 和 10 mm），起始阶

段仿真和试验的冲击波重合性很高，而在

15 和 20 mm 落球时，冲击波起始阶段存在一定

差异；（

2）峰值存在差异，仿真结果均大于试验结果；（3）应力波的下降阶段均存在偏

差

.对于第一个差异点，可能与仿真接触定义有关，上垫块与光学胶的刚度差异较大，而本

文采用简单的通用接触，并未对其接触刚度约束进行详细的定义，接触阻尼等也没有考虑
因此在仿真结果中，冲击振动起始阶段存在一些微小偏差

.对于第二个差异点，在整个落球

试验仿真系统中，除黏胶引入黏弹性特性外，落球系统其他组成部分的材料阻尼、结构阻尼
等没有被考虑，导致仿真结果与试验结果在峰值上存在一点差异

.对于差异点三，应力波下

降阶段在落球试验的过程中反映的是光学胶压缩中的回弹阶段，这个结果表明当前光学胶
参数定义中其加载阶段比较准确，但是其卸载行为还存在一定的偏差，这主要是由于光学
胶的非线性力学行为的复杂性引起的

.在高分子材料的加载和卸载过程中，由于 Mullins 效

应的存在，其加载路径和卸载路径并不重合

.在 Abaqus 中对高分子材料 Mullins 效应的定义

提供理论模型，但是由于其无法与率相关性（黏弹性）同时使用，本文没有引入

. 　　在仿

真与试验对比的基础上，给出在准静态压缩和动态落球时光学胶压缩变形的应变率分析结
果，见图

　　图

4 不同工况下光学胶变形应变率对比

　　在静态压缩过程中，光学胶压缩变形的应变率为

0.001 67 s-1；在动态落球仿真分析中，

随着落球高度的增加，光学胶的最大冲击应变率增加

.当落球高度为 5 mm 时，光学胶的最

大压缩应变率为

18 s-1；当跌落高度为 20 mm 时，光学胶的压缩应变率最大值接近 50 s-

1，光学胶变形的应变率在 10～50 s-1 量级，该结果表明本文落球系统有效实现光学胶在高
应变率下的变形

.结合二者的应变率分析和仿真与试验对比分析，在准静态到高应变率变形

范围内，基于

Abaqus 超弹性和黏弹性定义的光学胶力学参数，有效且准确地描述光学胶的

动态力学行为，仿真与试验结果均吻合较好，充分说明基于

Abaqus 的超弹性和黏弹性模型

的本构定义，可以准确地描述光学胶的动态力学行为

——非线性和率相关性.

4 结论

　　从仿真与试验对比的角度，分析基于

Abaqus 超弹性和黏弹性本构模型，对黏胶动态力

学行为定义的准确性和可靠性，得到以下结论

　　（