Analysis of the compressible, isotropic, neo-Hookean hyperelastic model

超弹性材料 各向同性 压缩性 本构方程 有限元法 平面应力 泊松比 结构工程 压力(语言学) 机械 材料科学 压缩(物理) 横截面 奥格登 泊松分布 物理 数学 复合材料 工程类 统计 量子力学 哲学 语言学
作者
Attila Kossa,Megan T. Valentine,Robert M. McMeeking
出处
期刊:Meccanica [Springer Science+Business Media]
卷期号:58 (1): 217-232 被引量:16
标识
DOI:10.1007/s11012-022-01633-2
摘要

Abstract The most widely-used representation of the compressible, isotropic, neo-Hookean hyperelastic model is considered in this paper. The version under investigation is that which is implemented in the commercial finite element software ABAQUS, ANSYS and COMSOL. Transverse stretch solutions are obtained for the following homogeneous deformations: uniaxial loading, equibiaxial loading in plane stress, and uniaxial loading in plane strain. The ground-state Poisson’s ratio is used to parameterize the constitutive model, and stress solutions are computed numerically for the physically permitted range of its values. Despite its broad application to a number of engineering problems, the physical limitations of the model, particularly in the small to moderate stretch regimes, are not explored. In this work, we describe and analyze results and make some critical observations, underlining the model’s advantages and limitations. For example, a snap-back feature of the transverse stretch is identified in uniaxial compression, a physically undesirable behavior unless validated by experimental data. The domain of this non-unique solution is determined in terms of the ground-state Poisson’s ratio and the state of stretch and stress. The analyses we perform are essential to enable the understanding of the characteristics of the standard, compressible, isotropic, neo-Hookean model used in ABAQUS, ANSYS and COMSOL. In addition, our results provide a framework for the parameter-fitting procedure needed to characterize this standard, compressible, isotropic neo-Hookean model in terms of experimental data.

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