橡膠襯套剛度分析的案例
基于ABAQUS超彈性材料橡膠襯套的剛度計算 附基于Abaqus的橡膠和粘彈性建模下載
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用于各個工程領域的減振制品中。對于一些結構簡單的橡膠制品，我們可以基于一些理論推導或工程經驗算法在設計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，這種理論計算結果往往與試驗存在一定誤差，并且這種誤差在一般情況下是不可以忽略不計的，其具有一定的工業應用價值。
為減小誤差或實現零誤差的前期預測，我們引入了有限元仿真分析技術，其可以通過控制模型參數與網格質量實現較小誤差的預測計算。其價值也在各個行業實際的生產中得到了很好的驗證。本文基于減振襯套簡單講訴一下基于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大過程：前處理、求解計算和后處理。本文基于ABAQUS軟件設定的分析步驟，不再重點區分分析的三個過程，將操作過程拆分為：部件、屬性、裝配、分析步與輸出設置、相互作用、網格、加載、作業提交與監管以及計算結果的可視化處理九個模塊，下面講訴橡膠襯套靜剛度仿真分析過程。
一、部件
由于本文主旨是為介紹橡膠剛度仿真的過程，所以選用了結構較為簡單的橡膠襯套為例，直接借助ABAQUS軟件的部件模塊常見如圖1所示的幾何模型。
圖1、幾何模型結構圖
二、屬性
為了使仿真結果更接近與實驗值或真實值，除了需要一個適合的仿真求解器和一個高質量的網格文件，更需要選擇一個合適的橡膠本構模型，在ABAQUS軟件中內置了許多相對成熟的橡膠本構模型（如圖2所示），我們可以通過指定相關的系數來實現本構模型的定義,當然我們還可以直接提交我們的試驗數據，交由ABAQUS軟件進行擬合，得出相對精準的參數。
展開 汽車懸架橡膠襯套靜剛度設計方法
摘要:基于剛度疊加法的原理、非線性有限元分析及優化理論，提出了懸架襯套3 個方向靜剛度的設計方法。以某乘用車懸架橡膠襯套的三向靜剛度設計為例論述了該方法的有效性。該方法對懸架襯套三向靜剛度的設計具有指導意義。
關鍵詞
:橡膠襯套;三向靜剛度;剛度疊加;有限元分析;優化設計
汽車懸架橡膠襯套為懸架系統中重要的彈性元件，三向靜剛度是襯套的重要性能參數，該參數對汽車的操縱穩定性和平順性具有較大影響［1］。
在計算懸架襯套的三向靜剛度時，目前大都采用試湊的方法，或者利用工程中的一些簡單計算公式進行計算［2 － 4］。根據某乘用車懸架系統橡膠襯套的三向靜剛度設計要求，基于剛度疊加法、非線性有限元分析和優化理論，文中提出了懸架襯套3 個方向靜剛度的設計計算方法。首先對襯套進行參數化，利用ABAQUS 軟件計算襯套的三向靜剛度與一系列襯套參數的關系; 然后進行數據擬合，得到襯套的三向靜剛度與襯套參數的關系; 最后通過優化計算，得出滿足襯套三向靜剛度要求的襯套參數。給出了一個計算分析實例，說明了文中論述方法的有效性，該方法可以提高懸架襯套三向靜剛度的設計效率。
1 襯套的參數化和參數的確定
圖1 為要求設計的橡膠襯套安裝圖。橡膠體的內外表面分別與鑄鋁內管、尼龍外管硫化。其中高度H、內徑d 和外徑D 是橡膠體的主要尺寸。襯套三向靜剛度的要求見表1。
由于該懸架襯套2 個徑向剛度( Kx，Ky ) 的要求值不一樣，為此把襯套在xy 平面內的橡膠體設計成如圖2 所示的十字架形狀。襯套的橡膠體用2 個寬度參數b1，b2 進行離散化。
展開 ABAQUS橡膠襯套靜態特性計算測試相關性分析
為保持測試數據的可靠性與一致性，在橡膠襯套樣件制作與測試過程中進行如下定義：
1、為了避免橡膠配方不同導致的性能差異，零件制作時均使用天然橡膠N50；
2、為保證分析模型與實際樣件幾何參數一致，不對零件進行縮徑處理，且在無預載狀態下進行剛度測試；
3、定義測試載荷范圍， X 向加載力的范圍為-1000N 至1000N，Y 向加載力的范圍為-500N 至500N，Z 向加載力的范圍為-3500N 至3500N；
4、為降低橡膠材料粘彈性對橡膠靜態性能測試的影響，定義加載控制為速度控制，速度為0.15mm/s；
5、因主要關注襯套線性靜態性能，定義零件線性剛度取值范圍為在自由狀態下-150N -150N；
6、基于統計原則，每個襯套結構均采集了三個樣本的測試數據。
3 襯套靜態性能計算
考慮到ABAQUS 軟件擁有豐富的材料本構模型，較強的非線性分析能力，以及強大的接觸算法，因此選擇ABAQUS 作為橡膠襯套靜態性能計算工具。橡膠材料的超彈性本構模型選用Mooney-Rivlin 模型。對于天然橡膠N50，其參數為C10=0.2897，C01=0.0599。由于橡膠是一種近似不可壓縮材料，在隱式解法中橡膠單元類型通常選用C3D8RH 和C3D8H，而C3D8H 有更佳變形能力，適合于計算大變形或接觸分析。這里網格類型采用C3D8RH（一階六面體減縮雜交單元）。襯套線性靜剛度是由主簧結構和橡膠類型決定的，因此在建模過程中僅對襯套主簧進行網格劃分。考慮到襯套內外管均為金屬結構，如鋁合金、20#鋼等，剛度遠高于橡膠主簧，因此在建模過程中均剛性處理。內管與橡膠主簧硫化結合處，用剛性單元將襯套彈性中心與之關聯，作為激勵加載端。外管與橡膠主簧硫化結合處，建立6自由度的約束。
展開 襯套結構設計中，骨架位置對襯套剛度的影響（1） ￥12
前言----付費試水
在橡膠襯套設計中，由于純膠件剛度小，有時單靠提升橡膠硬度無法滿足剛度要求，在這種情況下就需要加入骨架來提升襯套徑向剛度，由于空間限制，骨架厚度有一定的限制，這時候就要考慮怎么合理設計骨架的位置，才能最保證襯套剛度的最大化。
有些物理學的好的童鞋可能會說這還用算嗎，把橡膠厚度看作兩個串聯彈簧，總剛度K=K1*K2/（K1+K2），當K1=K2時，也就骨架在中間位置，剛度最大，對于橡膠襯套而言真的是這樣嗎？下面來驗證下。
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襯套結構設計中，骨架位置對襯套剛度的影響（2） ￥10
前言——在橡膠襯套設計中，由于純膠件剛度小，有時單靠提升橡膠硬度無法滿足剛度要求，在這種情況下就需要加入骨架來提升襯套徑向剛度，由于空間限制，骨架厚度有一定的限制，這時候就要考慮怎么合理設計骨架的位置，才能最保證襯套剛度的最大化。
上一期驗證了襯套內孔尺寸為φ8時，骨架的最佳位置，這一期我們討論不同桿徑的襯套，骨架位置遵循怎樣的比例關系。
ANSA-Abaqus實例分享－基于Test Data的橡膠襯套超彈性分析
實例
1、根據幾何數據建立襯套的有限元模型，橡膠與襯管之間用共節點連接：
2、建立橡膠與內外襯管之間的接觸，接觸方式為通用接觸：
3、約束襯套外表面1-6自由度，在內套管中心點施加X向的強制位移：
4、建立Static分析步進行靜力分析：
5、分析結果如下：
X向加載
本文部分內容參考：Abaqus官方幫助文檔
文章來源：汽車研發中心
橡膠襯套疲勞仿真技術
橡膠襯套是一種具有良好彈性的工程材料，能承受大應變而不會發生永久性的變形和斷裂。汽車行業中，橡膠材料被廣泛應用在各種減震降噪裝置中。在橡膠產品開發中，耐久性能是重點關注的性能，因為橡膠襯套疲勞失效，會大大影響整車的操穩性能和舒適性能，甚至影響正常的安全性能，從而導致事故發生。
目前，國內橡膠產品的設計開發主要依托試驗進行驗證，導致產品的設計周期長，開發費用高。如果在項目開發的早期，通過虛擬仿真分析的方法，就可以有效地預測橡膠襯套的耐久性能，并且節省大量費用，縮短開發周期。
1、橡膠襯套CAE網格模型的建立
考慮到橡膠的大變形，需要采用六面體網格單元進行仿真計算，才能得到正確的結果。但是，如果模型結構復雜，六面體建模往往難度很大。橡膠襯套需要考慮整車NVH性能，各個方向上的剛度要求不一樣，因此結構設計的較為復雜，使得六面體網格建模非常困難。針對不同的橡膠襯套，我們制定了各種不同的襯套建模方法。
展開 今晚直播 | 基于ABAQUS的橡膠減震件剛度分析
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為了提高仿真工程師、高校師生實際工程能力，技術鄰特開展2021年ABAQUS系列直播課，我們甄選了四個熱門方向（巖土、二次開發、橡膠分析、混凝土）的基礎入門課，助力小伙伴們夯實有限元基礎。
第三期直播《基于ABAQUS的橡膠減震件剛度分析》將于今晚開啟，歡迎大家關注學習！
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橡膠材料由于其獨特的物理和化學的特性（如超彈性，粘彈性且柔軟性、耐磨性、絕緣性和阻隔性等），使得其在工程上得到了非常廣泛應用，這一點在汽車行業尤為明顯。縱觀過去近200年的歷史，硫化橡膠的誕生直接推動了汽車革命。
如今在我們的汽車中，橡膠制品早已是“汽車的半條命”。就拿我們常見的桑塔納轎車來說，其就擁有270多個橡膠密封制品，而這些橡膠組件的性能直接決定了汽車的性能和安全。
展開 基于ABAQUS二次開發的橡膠-金屬襯套仿真技術研究
周煒等[2]利用剛度疊加原理和參數有限元分析，建立了橡膠襯套幾何參數與剛度的關系式；針對剛度匹配的設計要求，通過設定不同的目標函數，得到了橡膠襯套結構的最優解。宋穎等[3]基于ABAQUS二次開發功能，開發了圓柱形橡膠堆的插件程序，實現了圓形橡膠堆參數化建模和后處理的自動化。
綜上所述，國內眾多學者已對橡膠金屬襯套件的參數化建模和快速仿真進行了研究，并且利用現有的有限元軟件進行了二次開發，提高了開發效率。但這些研究都無法實現輸入參數后快速得到結果的目的。鑒于此，本文基于ABAQUS-Python提出了一種橡膠-金屬襯套件快速仿真分析技術。該方法構建了獨立的交互界面，無需啟動ABAQUS有限元軟件，用戶只需輸入產品結構參數，即可快速得到靜剛度值并輸出應力、應變等結果云圖。本文的研究成果為提高橡膠-金屬襯套件開發效率打下了堅實的基礎，具有操作簡單、快速輸出結果等優點。
1 橡膠-金屬襯套結構參數化建模
1.1 尺寸結構參數提取
將橡膠-金屬襯套結構進行參數化，包括襯套的尺寸、形狀等參數，如圖1所示。具體參數詳見表1。
圖1 橡膠-金屬襯套結構和尺寸
表1 橡膠-金屬件尺寸和材料參數
芯軸的外側、外套的內外側通常為圓柱形或旋轉面。芯軸和外套通常采用金屬或塑料制成，剛度明顯高于橡膠。為了簡化分析，提高效率，在前處理過程中省略芯軸和外套，并將橡膠內表面耦合到一個點。此外，為了實現襯套結構中外套的縮頸過程，將橡膠外表面定義為柱面坐標系。
1.2 基于ABAQUS-Python構建程序
1.2.1 參數化建模
本文研究的橡膠-金屬襯套結構為回轉體結構，上下對稱，因此只需繪制1/4結構，并通過鏡像的方法得到完整模型。圖2展示了繪制的1/4結構。
展開 告別簡化載荷塊：通用汽車如何用真實全路譜，實現橡膠襯套壽命的精準預測？
在汽車底盤橡膠襯套的耐久性開發中，工程師長期面臨一個核心矛盾：
臺架試驗或仿真分析中使用的簡化載荷塊（Block Cycle），能否真正復現車輛在復雜路況下承受的真實多軸載荷？
傳統的簡化方法依賴經驗判斷，不僅可能遺漏關鍵損傷載荷段，更無法精確復現真實的失效模式，尤其是考慮到橡膠材料的非線性力學性能和非線性損傷累積特性，采用基于傳統經驗方法得到的簡化路譜載荷預測橡膠襯套的疲勞壽命，可能和實測結果有巨大差異。隨著計算能力的提升，直接采用全時程、多通道的真實路譜數據進行仿真，已成為可能且必要的前沿方向。
SLA 型襯套在 FY 載荷最大（頂部）與最?。ǖ撞浚┕r下的最大主應變（NE – P1）云圖。直接仿真結果（左）與通過 Endurica EIE 插值所得結果（右）高度吻合。
基于全細節路譜的汽車底盤橡膠部件耐久性仿真工作流，其可行性與巨大價值已獲得工業級驗證。Endurica 與通用汽車（GM）、Tenneco 的工程師在SAE International Journal上聯合發表的成果，系統展示了這一先進方法的可靠性。
乘坐舒適型襯套在 FY 載荷最大（頂部）與最小（底部）工況下的最大主應變（NE – P1）云圖。直接仿真結果（左）與通過 Endurica EIE 插值所得結果（右）高度吻合。
研究核心：
當路譜數據不再“被簡化”
01
PART
本研究聚焦于兩款填充天然橡膠副車架襯套。研究人員沒有將其承受的載荷簡化為幾個代表性的循環，而是直接采用了在11種不同典型駕駛工況下（如不同路面、操控動作），通過六分力傳感器在原型車上實測得到的多通道（X, Y, Z方向力與力矩）全時程路譜數據。
展開 【達索官方直播】基于結構/疲勞/優化的協同仿真技術在線研討會-橡膠襯套實例
直播簡介
SIMULIA橡膠襯套聯合仿真解決方案
橡膠襯套具有良好的彈性，能承受大應變而不發生永久性變形和斷裂
為了滿足車輛減振降噪的需求，汽車懸架系統大量采用橡膠襯套產品
懸架系統的精確設計需要匹配橡膠襯套的各項性能指標參數
達索SIMULIA POP是橡膠襯套產品設計過程中最有效的結構設計、分析以及優化的工具
產品設計初期可利用Tosca快速找到結構設計方案
產品驗證階段可利用Abaqus、fe-safe驗證產品的結構合理性，如各向剛度以及疲勞壽命
產品優化階段可利用Abaqus + Tosca + fe-safe + Isight對產品各向性能指標進一步優化，使產品性能達到最優
橡膠襯套是一種具有良好彈性的工程材料，能承受大應變而不會發生永久性的變形和斷裂。交通運輸行業中，懸架系統大量采用橡膠襯套等柔性連接來滿足車輛減振降噪的需求，但懸架的精確設計需要匹配橡膠襯套的各項性能參數。橡膠襯套產品設計過程中，強大的SIMULIA協同仿真解決方案是最有效的結構設計、分析、優化工具：
產品設計初期可利用Tosca快速找到結構設計方案；
產品驗證階段可利用Abaqus、fe-safe驗證產品的結構合理性，如各向剛度以及疲勞壽命；
產品優化階段可利用Abaqus + Tosca + fe-safe + Isight對產品各向性能指標進一步優化，使產品性能達到最優
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【JY】橡膠支座剛度參數插件分享 ￥8
建議轉持續更新版本：可點擊【JY】橡膠支座計算表格分享
本插件嚴格按照橡膠支座理論計算公式進行編制，詳情可先看以下推文：
【JY】橡膠支座的簡述和其力學性能計算
【JY】橡膠支座精細化模擬與有限元分析注意要點
插件對于橡膠支座理論剛度/阻尼計算較為便捷：
結果驗證如下：
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基于ABAQUS的橡膠懸置膠合件剛度仿真計算
橡膠懸置膠合件作為發動機懸置系統的重要組成部分，其靜態力學特性對汽車的操縱穩定性起著重要作用，同時也是進行橡膠懸置動態特性預測的基礎。然而由于橡膠懸置復雜多變的結構形狀以及橡膠材料復雜的非線性特性，目前并沒有理想的模型或解析公式可以準確地描述其彈性特性與結構參數之間的關系，因而橡膠懸置的結構設計也沒有確定的方法，大多采用經驗設計和試驗修正的方法。
本文將以一個懸置膠合件仿真的實例講解一下如何利用ABAQUS來獲取其三個方向的靜態特性。所用膠合件的數模圖如圖1所示。其設計圖紙上標注的三向剛度如表1所示，膠料硬度是邵氏50±5度。
圖1 膠合件結構
表1設計要求
1、 網格劃分
采用HYPERMESH對圖一懸置進行網格劃分到的有限元模型如圖2所示。
2、材料設置
把劃分好的網格導入ABAQUS中，設置其材料參數，由于不同本構模型對橡膠懸置膠合件剛度計算結果有一定的影響。結合何小靜，上官文斌發表的《橡膠隔振器靜態力－ 位移關系計算方法》一文的研究結果表明，Mooney-Rivlin 模型的計算精度最高，其相對誤差均小于10%，所以本文采用M-R模型進行計算。50度膠料的M-R材料常數C10=0.2969，C01=0.0584。
3、剛度求解
3.1求解X方向剛度
按表 1要求，做如下設置：在Z方向先預載8mm，再在X向加載500N。取值0~5.6mm,對X向靜剛度進行求解。
展開 橡膠密封圈應變分析案例，想了解橡膠產品有限元分析的一定要看！
“橡膠產品結構仿真實訓營”火熱招生中，全面解析橡膠產品仿真分析方法，助力提升橡膠產品競爭力！
橡膠件密封模擬
橡膠產品疲勞仿真分析
橡膠產品大變形分析
橡膠產品夾層斷裂分析
橡膠產品動靜剛度分析
基于流體壓力的橡膠圈密封有限元仿真分析方法--ANSYS Workbench有限元分析方法--橡膠密封方法
今天，我們就來一起探討一下如何利用ANSYS Workbench這一強大的有限元分析軟件，對典型的橡膠圈密封進行精確計算和分析。
一、模型介紹
我們構建的模型是一個圓柱形的軸對稱結構，通過取其截面進行模擬分析。這個模型由三部分組成：左側是固體部分，中間是橡膠圈，右側是剛性體。這種設計在很多工業設備中都能看到，其密封性能直接關系到設備的正常運行。
二、壓縮與加載
在模擬的初始階段，右側的剛性體會上移到指定位置，對橡膠圈進行壓縮。這一步是為了模擬實際安裝過程中橡膠圈的變形情況，確保其能夠適應密封槽的形狀。
結果如圖所示
接下來，我們在橡膠圈的凹槽部分加載流體壓力。這些壓力會擠壓橡膠與固體、剛性體之間的接觸面，試圖在縫隙位置撐開接觸面。此時，我們關注的是接觸面的壓力分布情況，以此來判斷橡膠圈是否能夠提供完好的密封。
流體壓力加載采用命令的方式如下所示
三、材料設置與接觸條件
橡膠材料的選擇至關重要，它直接影響到密封件的密封性能和耐用性。在模擬中，我們根據實際情況選擇了合適的橡膠材料，并設定了相應的物理參數。
與此同時，橡膠與固體、剛性體之間的接觸也被設定為摩擦接觸，摩擦系數設為0.1。為了更準確地模擬實際情況，我們還設置了每步更新剛度的選項，以確保模擬結果的準確性。
四、提高收斂性
在進行有限元分析時，有時會遇到不收斂的問題。這可能是由于模型設置、網格劃分或求解器參數等原因導致的。為了解決這個問題，提高收斂從下面來幾方面考慮
1.可以為模型嘗試添加keyopt,matid,6,1等參數來提高收斂性。
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