橡膠疲勞
關(guān)注創(chuàng)建者：小月 創(chuàng)建時(shí)間：2020-04-19
橡膠疲勞的視頻教程
橡膠疲勞計(jì)算課程（理論+實(shí)例操作）
通過(guò)本期課程您將學(xué)習(xí)到： 1、橡膠疲勞算法有哪些？計(jì)算原理是什么？為什么最好不要用金屬疲勞那一套連招？ 2、橡膠疲勞計(jì)算時(shí)，有限元模型設(shè)置應(yīng)該怎么做，要注意哪些事項(xiàng)？ 3、fesafe中橡膠疲勞參數(shù)有哪些？具體這些參數(shù)表示什么意義？該如何填寫？ 4、Abaqus-fesafe計(jì)算橡膠疲勞全流程設(shè)置細(xì)節(jié)
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實(shí)際工程應(yīng)用的懸置橡膠的疲勞分析及損傷分析方法
橡膠襯套的疲勞分析操作（顯式分析方法） 橡膠疲勞和損傷的結(jié)果后處理 附件包含橡膠疲勞損傷處理EXCEL數(shù)據(jù)及工具以及分析所用的網(wǎng)格、材料參數(shù)等。
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Fesafe橡膠疲勞仿真案例講解
（1）從裂紋擴(kuò)展角度介紹了橡膠疲勞的基本理論 （2）橡膠疲勞拉伸Abaqsu-CAE建模及Fesafe疲勞仿真案例講解，Step by Step
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橡膠疲勞的實(shí)例教程
橡膠的動(dòng)態(tài)疲勞
動(dòng)態(tài)疲勞性能是橡膠特有的重要力學(xué)性質(zhì)。它對(duì)橡膠制品的實(shí)際使用,有重要的意義。在動(dòng)態(tài)條件下工作的橡膠制品,如輪胎、防震制品等,主要是利用它優(yōu)越的動(dòng)態(tài)力橡膠制品長(zhǎng)期在動(dòng)態(tài)下工作,將逐漸加深動(dòng)態(tài)疲勞,以致發(fā)生破壞,這種破壞稱之疲勞破壞。延長(zhǎng)橡膠制品動(dòng)態(tài)下的使用壽命,即提高耐疲勞性能,是個(gè)重要的研究課題。橡膠制品耐疲勞性能與橡膠性質(zhì)、配方、和疲勞條件(周期形變類型、形變頻率、形變率、形變力和溫度等)有密切關(guān)系。
橡膠動(dòng)態(tài)疲勞的力化學(xué)
在周期力作用下,未填充的線構(gòu)或網(wǎng)構(gòu)橡膠,它們的分子結(jié)構(gòu)或網(wǎng)構(gòu)狀態(tài),發(fā)生顯著的變化以致破壞。這是由于疲勞過(guò)程,大分子或網(wǎng)構(gòu)發(fā)生斷裂破壞,重排以及再結(jié)合等過(guò)程,導(dǎo)致了橡膠結(jié)構(gòu)的不均勻狀態(tài)。這種狀態(tài)更促使橡膠結(jié)構(gòu)微區(qū)中的應(yīng)力分布愈趨不均化。特別是由于橡膠的粘彈性質(zhì),周期形變時(shí),應(yīng)力松弛來(lái)不及充分進(jìn)行。這些因素使橡膠結(jié)構(gòu)中總是保持一定的應(yīng)力梯度,在多次形變下,橡膠結(jié)構(gòu)將逐漸遭到破壞。
大分子鏈或網(wǎng)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞,結(jié)果生成了大分子鏈段自由基,由于鏈段自由基又可引起一系列橡膠的力化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,導(dǎo)致了橡膠進(jìn)一步的疲勞破壞。鏈段自由基與氧反應(yīng)，引發(fā)了橡膠的氧化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，橡膠在周期力的作用下，降低了氧化活化能，加速了氧化作用。如周期力形變振幅50％，形變頻率250周/分時(shí)，氧化活化能為18.1千卡/克分子，未經(jīng)應(yīng)力活化的，氧化活化能為21.0千卡/克分子，兩者的差值便是機(jī)械能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的結(jié)果。這是因?yàn)闄C(jī)械力使橡膠大分子繼中的鍵角、鍵長(zhǎng)發(fā)生形變，致使降低了氧化活化能。
機(jī)械疲勞強(qiáng)度，直接影響了生成自由基的濃度和氧化速度，這可以從防老劑的消耗速度得到說(shuō)明。橡膠在不同老化條件下老化過(guò)程中防老劑的消耗速度是不同的。
展開(kāi) 在工程實(shí)踐中，橡膠部件的疲勞壽命預(yù)測(cè)常常面臨諸多挑戰(zhàn)。與金屬材料相比，橡膠表現(xiàn)出獨(dú)特的力學(xué)行為和失效機(jī)理，這使得傳統(tǒng)的疲勞分析方法往往難以直接應(yīng)用。基于我們此前的系列研究，現(xiàn)將橡膠疲勞仿真中的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題重新梳理，為工程實(shí)踐提供參考。
挑戰(zhàn)一
平均應(yīng)力效應(yīng)的準(zhǔn)確評(píng)估
01
PART
在金屬疲勞分析中，拉伸平均應(yīng)力通常會(huì)對(duì)材料壽命產(chǎn)生不利影響。然而，橡膠材料的響應(yīng)則更為復(fù)雜：對(duì)于能夠發(fā)生應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶的橡膠，適當(dāng)?shù)钠骄鞈?yīng)變反而可能顯著延長(zhǎng)其疲勞壽命，提升幅度可達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)；而對(duì)于非結(jié)晶橡膠，平均應(yīng)變的影響則與金屬類似，表現(xiàn)為導(dǎo)致產(chǎn)品壽命的降低。
分析方法建議：
需要采用臨界平面分析方法，結(jié)合材料的應(yīng)變結(jié)晶特性評(píng)估，對(duì)各個(gè)潛在裂紋面的壽命進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算。這種方法能夠更準(zhǔn)確地描述平均應(yīng)變?cè)?em>橡膠疲勞中的復(fù)雜作用機(jī)制。
延伸閱讀：
橡膠疲勞 ≠ 金屬疲勞：平均應(yīng)變效應(yīng)
挑戰(zhàn)二
非線性響應(yīng)的處理
02
PART
金屬疲勞分析中廣泛采用的線性疊加方法，在處理橡膠材料時(shí)面臨根本性挑戰(zhàn)。橡膠在使用中常伴有顯著的非線性材料行、大變形運(yùn)動(dòng)和非線性接觸，這使得復(fù)雜載荷譜對(duì)應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單縮放單位載荷結(jié)果來(lái)合成。
解決途徑：
采用載荷空間離散化和插值方法，通過(guò)預(yù)計(jì)算一組有限元解，建立載荷與響應(yīng)之間的非線性映射關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜載荷歷程的高效分析。這種方法在保證計(jì)算精度的同時(shí)，能夠顯著減少必要的有限元仿真計(jì)算量，提升分析效率。
展開(kāi) 5、橡膠襯套疲勞仿真典型案例
下圖是某懸置襯套的疲勞仿真計(jì)算結(jié)果。可以看出損傷最大位置和應(yīng)力應(yīng)變的最大位置是不同的，所以有必要進(jìn)行疲勞仿真分析。
橡膠疲勞仿真技術(shù)，目前還有很多難題需要攻關(guān)解決。橡膠的大應(yīng)變計(jì)算還是不穩(wěn)定：比如橡膠材料種類繁多，不同產(chǎn)家的橡膠配方也不一樣，我們只完成了幾種橡膠的材料試驗(yàn)，也花費(fèi)了大量的經(jīng)費(fèi)，每種橡膠都進(jìn)行材料試驗(yàn)，肯定是不切實(shí)際的。比如，仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的差異，還需要進(jìn)一步的對(duì)標(biāo)。所以，橡膠疲勞仿真技術(shù)的發(fā)展，任重而道遠(yuǎn)！
本文來(lái)自上汽安全與CAE技術(shù)
展開(kāi) 01
橡膠件疲勞分析概述
在橡膠件CAE仿真分析中，通常需要進(jìn)行橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析，但如何進(jìn)行橡膠疲勞壽命的分析當(dāng)前仍然是困擾行業(yè)的難題。
Marc軟件在橡膠、密封行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，針對(duì)橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)：
? 通過(guò)Mullins效應(yīng)進(jìn)行橡膠件的損傷分析，當(dāng)損傷到達(dá)1時(shí)，認(rèn)為橡膠出現(xiàn)開(kāi)裂，但是在實(shí)際仿真計(jì)算中需要進(jìn)行大量的分析計(jì)算，工作量巨大。
? 通過(guò)彈性體疲勞壽命損傷理論來(lái)進(jìn)行疲勞壽命分析。其基本思想和傳統(tǒng)的金屬疲勞的一致，且仿真計(jì)算工作量很小，適合在工程計(jì)算中應(yīng)用。
下面，我們將介紹如何采用彈性體疲勞壽命損傷理論來(lái)進(jìn)行疲勞壽命分析。
02
彈性橡膠體的疲勞理論介紹
根據(jù)彈性體疲勞理論，彈性體的壽命和其對(duì)數(shù)應(yīng)變和格林應(yīng)變存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就是Woehler公式，其形式如下：
上述公式中，為彈性體破壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)，為其對(duì)應(yīng)的最大對(duì)數(shù)應(yīng)變和格林應(yīng)變。A和n為需要擬合的參數(shù)。其曲線的擬合形式如下圖所示。
然后通過(guò)雨流計(jì)數(shù)法則進(jìn)行變幅損傷累積疊加，如下表達(dá)式。當(dāng)D<1認(rèn)為彈性體沒(méi)有發(fā)生破壞，當(dāng)D≥1認(rèn)為彈性體發(fā)生破壞。
在實(shí)際的計(jì)算中，只需計(jì)算一個(gè)周期的載荷循環(huán)，就可以進(jìn)行彈性體壽命的預(yù)測(cè)。下面將介紹如何在Marc中進(jìn)行彈性體疲勞壽命的擬合。
03
橡膠體疲勞計(jì)算案例
以汽車襯套為例，首先在現(xiàn)有的橡膠材料模型參數(shù)的參數(shù)基礎(chǔ)上，需增加用于彈性體疲勞計(jì)算的參數(shù)，如下圖所示：
其中，系數(shù)A和N分別對(duì)應(yīng)Woehler公式里面的A和n。
其次，定義橡膠襯套的載荷計(jì)算工況。
展開(kāi) 其中，坦克履帶的橡膠掛膠疲勞問(wèn)題，就是影響裝備可靠性的關(guān)鍵因素之一。
技術(shù)突破：從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用
美軍M1A1主戰(zhàn)坦克曾面臨同樣的難題——履帶掛膠在復(fù)雜工況下容易出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂，直接影響裝備的作戰(zhàn)效能和安全性。通過(guò)應(yīng)用Endurica橡膠疲勞仿真技術(shù)，美軍成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)履帶掛膠疲勞壽命的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，仿真結(jié)果與實(shí)物試驗(yàn)高度吻合。
如果您對(duì)美軍M1A1坦克履帶橡膠疲勞仿真分析的詳細(xì)技術(shù)案例感興趣，歡迎聯(lián)系我們，我們將為您提供完整分析報(bào)告。
值得一提的是，這項(xiàng)技術(shù)不僅提升了產(chǎn)品的可靠性，每年還為研發(fā)節(jié)省了近200萬(wàn)美元的試驗(yàn)成本。通過(guò)材料測(cè)試與結(jié)構(gòu)仿真相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了在虛擬環(huán)境中就能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的創(chuàng)新突破。
科技報(bào)國(guó)：易瑞博的使命與擔(dān)當(dāng)
作為Endurica在中國(guó)區(qū)的戰(zhàn)略合作伙伴，易瑞博科技始終致力于將先進(jìn)的橡膠疲勞仿真技術(shù)用于國(guó)內(nèi)裝備研發(fā)。我們的工程師扎根實(shí)驗(yàn)室，反復(fù)測(cè)試材料、優(yōu)化模型，以實(shí)際行動(dòng)支撐國(guó)防裝備可靠性。雖不在閱兵現(xiàn)場(chǎng)，卻以技術(shù)默默守護(hù)戰(zhàn)車行進(jìn)的每一程。我們堅(jiān)信，真正的報(bào)國(guó)在于日常的堅(jiān)守與實(shí)際的付出，易瑞博愿繼續(xù)以技術(shù)之力，默默守護(hù)國(guó)家的每一次前行。
科技強(qiáng)國(guó)的道路，需要更多同行者。如果您的項(xiàng)目也正面臨材料疲勞的挑戰(zhàn)，歡迎與我們交流。易瑞博愿與所有堅(jiān)守實(shí)業(yè)的科技工作者一道，用專業(yè)與耐心，把每一個(gè)細(xì)節(jié)做到最好。
展開(kāi) 
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橡膠疲勞的最新內(nèi)容
無(wú)論是輪胎胎側(cè)的大變形分析，還是橡膠懸置的疲勞壽命預(yù)測(cè)，因?yàn)槿鄙龠@部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)，許多設(shè)計(jì)往往被迫預(yù)留過(guò)多的余量以保證安全，或者在后期需要依賴更多實(shí)物樣品的反復(fù)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證。
這個(gè)問(wèn)題，是制約許多高端橡膠部件實(shí)現(xiàn)仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)迭代的共性瓶頸。它首先是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，但更深層地，是一個(gè)關(guān)于數(shù)據(jù)完備性和方法可靠性的基礎(chǔ)性問(wèn)題。
傳統(tǒng)的簡(jiǎn)化方法依賴經(jīng)驗(yàn)判斷，不僅可能遺漏關(guān)鍵損傷載荷段，更無(wú)法精確復(fù)現(xiàn)真實(shí)的失效模式，尤其是考慮到橡膠材料的非線性力學(xué)性能和非線性損傷累積特性，采用基于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)方法得到的簡(jiǎn)化路譜載荷預(yù)測(cè)橡膠襯套的疲勞壽命，可能和實(shí)測(cè)結(jié)果有巨大差異。隨著計(jì)算能力的提升，直接采用全時(shí)程、多通道的真實(shí)路譜數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，已成為可能且必要的前沿方向。
點(diǎn)擊藍(lán)字，進(jìn)一步了解我們具體的橡膠疲勞與耐久性能測(cè)試解決方案。
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☆ END ☆
03
無(wú)縫仿真對(duì)接
擬合獲得的Prony級(jí)數(shù)、WLF方程等參數(shù)，可一鍵導(dǎo)入Abaqus、Ansys、Marc等主流CAE及Endurica 橡膠疲勞與耐久性分析軟件，直接用于您的實(shí)際產(chǎn)品仿真。
可靠的動(dòng)態(tài)仿真，始于對(duì)材料粘彈性的深刻洞察。
橡膠疲勞仿真中的三大挑戰(zhàn)與解決思路1個(gè)月前
在工程實(shí)踐中，橡膠部件的疲勞壽命預(yù)測(cè)常常面臨諸多挑戰(zhàn)。與金屬材料相比，橡膠表現(xiàn)出獨(dú)特的力學(xué)行為和失效機(jī)理，這使得傳統(tǒng)的疲勞分析方法往往難以直接應(yīng)用。基于我們此前的系列研究，現(xiàn)將橡膠疲勞仿真中的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題重新梳理，為工程實(shí)踐提供參考。
Endurica作為一款在全球范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)廣泛驗(yàn)證的橡膠疲勞壽命仿真工具，已成為多家頭部輪胎與橡膠企業(yè)研發(fā)體系中的關(guān)鍵組成部分。
引入Endurica不僅是為團(tuán)隊(duì)增添一款軟件，更是構(gòu)建一項(xiàng)可持續(xù)的工程能力。為確保該工具能夠順利落地并快速發(fā)揮價(jià)值，建議遵循專業(yè)、規(guī)范的獲取與啟動(dòng)流程。
為何選擇
Endurica？
履帶鏗鏘，科技守護(hù)：大閱兵背后的橡膠疲勞仿真分析工作者8個(gè)月前
其中，坦克履帶的橡膠掛膠疲勞問(wèn)題，就是影響裝備可靠性的關(guān)鍵因素之一。
技術(shù)突破：從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用
美軍M1A1主戰(zhàn)坦克曾面臨同樣的難題——履帶掛膠在復(fù)雜工況下容易出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂，直接影響裝備的作戰(zhàn)效能和安全性。通過(guò)應(yīng)用Endurica橡膠疲勞仿真技術(shù)，美軍成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)履帶掛膠疲勞壽命的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，仿真結(jié)果與實(shí)物試驗(yàn)高度吻合。
橡膠的疲勞性能與平均應(yīng)變的關(guān)系更為復(fù)雜。對(duì)于無(wú)定形（即非結(jié)晶）橡膠，與金屬材料一樣，增加平均應(yīng)變會(huì)降低疲勞壽命。但是，對(duì)于表現(xiàn)出應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶的橡膠，平均應(yīng)變的存在可能會(huì)大大增加疲勞壽命，如圖3所示。因此，橡膠的疲勞仿真必須考慮材料的應(yīng)變結(jié)晶效應(yīng)。
圖3.
Fe-safe適用于熱機(jī)械疲勞和蠕變疲勞、橡膠材料以及針對(duì)焊接接頭的 Verity 結(jié)構(gòu)應(yīng)變方法。功能專為滿足要求最嚴(yán)苛的行業(yè)應(yīng)用而開(kāi)發(fā)，能夠提供準(zhǔn)確、可靠的多軸疲勞分析，無(wú)論載荷和模型的復(fù)雜度如何。
小 結(jié)
與基于馬林斯效應(yīng)和基于應(yīng)變壽命曲線的彈性體疲勞相比，基于開(kāi)裂能量密度的方法，可以更加精確的進(jìn)行橡膠件的疲勞壽命預(yù)測(cè)和開(kāi)裂方向預(yù)測(cè)。
采用Marc軟件，可以很方便的在計(jì)算完強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，進(jìn)行橡膠件疲勞壽命的計(jì)算。從而幫助客戶快速預(yù)測(cè)橡膠件的疲勞壽命，提升產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率。
