橡膠材料作為一種具有可逆形變的高彈性、高分子聚合物材料，基于其在彈性特性方面所具有的超彈性與粘彈性一直被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域的減振制品中。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的橡膠制品，我們可以基于一些理論推導(dǎo)或工程經(jīng)驗(yàn)算法在設(shè)計(jì)初期來獲取其靜剛度特性。但由于橡膠具有非線性粘彈性與超彈性，這種理論計(jì)算結(jié)果往往與試驗(yàn)存在一定誤差，并且這種誤差在一般情況下是不可以忽略不計(jì)的，其具有一定的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
為減小誤差或?qū)崿F(xiàn)零誤差的前期預(yù)測(cè)，我們引入了有限元仿真分析技術(shù)，其可以通過控制模型參數(shù)與網(wǎng)格質(zhì)量實(shí)現(xiàn)較小誤差的預(yù)測(cè)計(jì)算。其價(jià)值也在各個(gè)行業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)中得到了很好的驗(yàn)證。本文基于減振襯套簡(jiǎn)單講訴一下基于ABAQUS軟件的橡膠制品靜剛度仿真分析過程。
仿真分析過程可分為三個(gè)大過程：前處理、求解計(jì)算和后處理。本文基于ABAQUS軟件設(shè)定的分析步驟，不再重點(diǎn)區(qū)分分析的三個(gè)過程，將操作過程拆分為：部件、屬性、裝配、分析步與輸出設(shè)置、相互作用、網(wǎng)格、加載、作業(yè)提交與監(jiān)管以及計(jì)算結(jié)果的可視化處理九個(gè)模塊，下面講訴橡膠襯套靜剛度仿真分析過程。
由于本文主旨是為介紹橡膠剛度仿真的過程，所以選用了結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的橡膠襯套為例，直接借助ABAQUS軟件的部件模塊常見如圖1所示的幾何模型。
為了使仿真結(jié)果更接近與實(shí)驗(yàn)值或真實(shí)值，除了需要一個(gè)適合的仿真求解器和一個(gè)高質(zhì)量的網(wǎng)格文件，更需要選擇一個(gè)合適的橡膠本構(gòu)模型，在ABAQUS軟件中內(nèi)置了許多相對(duì)成熟的橡膠本構(gòu)模型（如圖2所示），我們可以通過指定相關(guān)的系數(shù)來實(shí)現(xiàn)本構(gòu)模型的定義,當(dāng)然我們還可以直接提交我們的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，交由ABAQUS軟件進(jìn)行擬合，得出相對(duì)精準(zhǔn)的參數(shù)。
裝配模塊一般選擇默認(rèn)就可以了，當(dāng)然，對(duì)于需要重新設(shè)置裝配的模型ABAQUS軟件通用提供了一些裝配指令，對(duì)于本實(shí)例，直接默認(rèn)設(shè)置就可以了。
在這個(gè)模塊我們需要定義分析類型與輸出設(shè)置。對(duì)于本實(shí)例的分析類型，可以參考國(guó)標(biāo)《振動(dòng)與沖擊隔離器靜、動(dòng)態(tài)性能測(cè)試方法》中的相關(guān)規(guī)定：靜剛度測(cè)試過程中，隔離器從零加載至額定載荷，當(dāng)變形盤≤5mm時(shí)，加載速度≤1mm/min；當(dāng)變形盤≥5mm 時(shí)，加載速度≤5mm/min。整個(gè)加載過程相當(dāng)?shù)木徛士蓪⑾鹉z襯套的靜剛度仿真過程定義為靜態(tài)加載過程，可以選擇ABAQUS/Standard求解器的默認(rèn)分析設(shè)置，對(duì)于橡膠大變形的仿真，需要打開幾何非線性開關(guān)。根據(jù)輸出需要設(shè)置相應(yīng)的場(chǎng)輸出與歷程輸出：場(chǎng)輸出一般默認(rèn)即可，但是歷程輸出需要更改為相應(yīng)的位移與作用力的輸出，具體可參考下圖設(shè)置。
在建模初期，我們省略了橡膠襯套中的金屬結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)榻饘俚膽?yīng)力應(yīng)變表現(xiàn)不在我們仿真范圍內(nèi)，但是其起到的結(jié)構(gòu)功能還是需要通過其他方式體現(xiàn)出來。對(duì)于橡膠襯套的金屬外管主要是其固定作用，我們只需要放到加載分析步通過設(shè)置邊界條件來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于金屬內(nèi)芯，則需要通過點(diǎn)面耦合的方式實(shí)現(xiàn)。對(duì)可能發(fā)生接觸的面設(shè)置適當(dāng)?shù)慕佑|屬性。模擬實(shí)驗(yàn)室測(cè)試要求對(duì)模型施加載荷。具體設(shè)置可參考圖5。
ABAQUS軟件提供了多種繪制網(wǎng)格的方法，可以通過設(shè)定適當(dāng)?shù)姆N子數(shù)，選擇合適的網(wǎng)格生成算法即可生成網(wǎng)格，本實(shí)例較為簡(jiǎn)單，直接采用默認(rèn)設(shè)置方法生成網(wǎng)格，并賦予C3D8H的網(wǎng)格屬性。具體設(shè)置可參考圖5。
在作業(yè)模塊根據(jù)計(jì)算電腦的配置設(shè)置求解器性能參數(shù)，提交作業(yè)任務(wù)。求解器開始計(jì)算后可以通過監(jiān)控指令參看計(jì)算過程及計(jì)算過程中的錯(cuò)誤問題。在監(jiān)控器窗口常會(huì)有求解警告提示，這個(gè)不用過于擔(dān)心，對(duì)于一般的求解警告ABAQUS可以自行修改計(jì)算參數(shù)進(jìn)行修正。待求解完成后，點(diǎn)擊結(jié)果按鈕便直接跳轉(zhuǎn)至可視化模塊查看計(jì)算結(jié)果。
圖5、相互作用設(shè)置和網(wǎng)格屬性設(shè)置
圖6、作業(yè)提交的相關(guān)設(shè)置
計(jì)算完成后，可以通過ABAQUS軟件自帶的可視化模塊查看橡膠襯套的各類云圖計(jì)算結(jié)果：
1、位移加載云圖：對(duì)于本實(shí)例的仿真中，可以通過查看位移加載云圖得到橡膠在加載過程中形狀的變化，并可以直接讀出我們的位移加載。
2、應(yīng)變?cè)茍D：通過調(diào)整輸出的場(chǎng)變量，我們還可以查看在加載過程中橡膠襯套對(duì)數(shù)應(yīng)變的數(shù)值，并對(duì)其疲勞壽命做出相應(yīng)的預(yù)測(cè)。
3、剛度曲線：借助ABAQUS軟件的歷程輸出數(shù)據(jù)，我們可以做出整個(gè)加載過程中的位移與作用力的關(guān)系曲線，即得到了該硬度下，此橡膠襯套的靜剛度曲線。
如果將我們的載荷換成如圖10的正弦加載曲線，我們還可以得到該硬度下，固定頻率的動(dòng)剛度的遲滯曲線，進(jìn)而得出其動(dòng)剛度。
圖10、動(dòng)態(tài)加載曲線、結(jié)果可視化云圖與遲滯曲線
