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橡膠件疲勞分析概述

在橡膠件CAE仿真分析中，通常需要進行橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析，但如何進行橡膠疲勞壽命的分析當前仍然是困擾行業的難題。

Marc軟件在橡膠、密封行業有著廣泛的應用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實現：

? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。

? 通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析。其基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，且仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。

下面，我們將介紹如何采用彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析。

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彈性橡膠體的疲勞理論介紹

根據彈性體疲勞理論，彈性體的壽命和其對數應變和格林應變存在對應關系，也就是Woehler公式，其形式如下：

上述公式中，為彈性體破壞時的循環次數，為其對應的最大對數應變和格林應變。A和n為需要擬合的參數。其曲線的擬合形式如下圖所示。

然后通過雨流計數法則進行變幅損傷累積疊加，如下表達式。當D<1認為彈性體沒有發生破壞，當D≥1認為彈性體發生破壞。

在實際的計算中，只需計算一個周期的載荷循環，就可以進行彈性體壽命的預測。下面將介紹如何在Marc中進行彈性體疲勞壽命的擬合。

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橡膠體疲勞計算案例

以汽車襯套為例，首先在現有的橡膠材料模型參數的參數基礎上，需增加用于彈性體疲勞計算的參數，如下圖所示：

其中，系數A和N分別對應Woehler公式里面的A和n。

其次，定義橡膠襯套的載荷計算工況。在該案例中，我們定義襯套沿徑向進行0.5mm的正弦振動。載荷加載形式為正弦波，在一個正則時間步內完成。

同時在結果輸出中，需要將對數應變輸出，以用于后續的疲勞壽命計算。計算結果如下圖所示。可以看到，最大對數主應變發生在橡膠襯套和套筒接觸區域，以及在襯套邊緣接觸區域。

T=0.25時 最大主應變 

 T=0.8時 最大主應變

在此基礎上，新增一個用于疲勞計算的分析任務，用于疲勞壽命計算。其計算設定參數如下圖所示。其中，載荷類型采用變幅載荷，載荷歷程計算方法采用重復計數法則以保證半周期的載荷也被考慮進去。選定前一步計算好的結果文件，并定義好應變壽命計算的增量步范疇，該分析取第一步到最后一步的應變進行疲勞壽命計算。

疲勞計算結果如下圖所示，可以看到其損傷最大的位置在橡膠特征倒角處，最大損傷值為6.28e-5。這與前面計算的最大對數應變的位置相對應。

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小 結

采用Marc軟件，可以很方便的在計算完強度的基礎上，進行橡膠件疲勞壽命的計算。從而幫助客戶快速預測橡膠件的疲勞壽命，提升產品開發效率。