橡膠疲勞理論
關(guān)注創(chuàng)建者：南海之光 創(chuàng)建時間：2020-09-01
橡膠疲勞理論的視頻教程
橡膠疲勞計算課程（理論+實(shí)例操作）
通過本期課程您將學(xué)習(xí)到： 1、橡膠疲勞算法有哪些？計算原理是什么？為什么最好不要用金屬疲勞那一套連招？ 2、橡膠疲勞計算時，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計算橡膠疲勞全流程設(shè)置細(xì)節(jié)
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Fesafe橡膠疲勞仿真案例講解
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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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橡膠疲勞理論的實(shí)例教程
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，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)：
? 通過Mullins效應(yīng)進(jìn)行橡膠件的損傷分析，當(dāng)損傷到達(dá)1時，認(rèn)為橡膠出現(xiàn)開裂，但是在實(shí)際仿真計算中需要進(jìn)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(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，且仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應(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進(jìn)行疲勞壽命分析。
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數(shù)應(yīng)變和格林應(yīng)變存在對應(yīng)關(guān)系，也就是Woehler公式，其形式如下：
上述公式中，為彈性體破壞時的循環(huán)次數(shù)，為其對應(yīng)的最大對數(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。
然后通過雨流計數(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)際的計算中，只需計算一個周期的載荷循環(huán)，就可以進(jìn)行彈性體壽命的預(yù)測。下面將介紹如何在Marc中進(jìn)行彈性體疲勞壽命的擬合。
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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(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，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)：
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? 通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進(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，且仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應(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進(jìn)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(jù)彈性體疲勞理論，彈性體的壽命和其對數(shù)應(yīng)變和格林應(yīng)變存在對應(yīng)關(guān)系，也就是Woehler公式，其形式如下：
上述公式中，為彈性體破壞時的循環(huán)次數(shù)，為其對應(yīng)的最大對數(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。
然后通過雨流計數(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)際的計算中，只需計算一個周期的載荷循環(huán)，就可以進(jìn)行彈性體壽命的預(yù)測。下面將介紹如何在Marc中進(jìn)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(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算的參數(shù)，如下圖所示：
其中，系數(shù)A和N分別對應(yīng)Woehler公式里面的A和n。
其次，定義橡膠襯套的載荷計算工況。
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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(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，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)：
? 通過Mullins效應(yīng)進(jìn)行橡膠件的損傷分析，當(dāng)損傷到達(dá)1時，認(rèn)為橡膠出現(xiàn)開裂，但是在實(shí)際仿真計算中需要進(jìn)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(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，且仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應(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進(jìn)行疲勞壽命分析。
展開 天然橡膠在3個溫度下的實(shí)驗(yàn)Haigh圖【6】（頂部），與計算的Haigh圖（底部）進(jìn)行比較。溫度升高往往會降低應(yīng)變結(jié)晶的有益效果。
總之，拉伸平均應(yīng)力對于金屬材料總是有害的，但對于橡膠材料中，它可能是有益的，也可能是有害的，這取決于橡膠是否具有應(yīng)變結(jié)晶效應(yīng)。給橡膠施加平均應(yīng)力的好處可能十分明顯——有時會讓疲勞壽命提高幾個數(shù)量級。尤其是在較低的環(huán)境溫度下，對壽命的增強(qiáng)效果更強(qiáng)，而在較高的溫度下，這種有益效果會減弱。臨界平面分析對于準(zhǔn)確預(yù)測橡膠中的應(yīng)變結(jié)晶效應(yīng)至關(guān)重要。
如果將金屬疲勞分析的Wohler曲線（S-N曲線）理論用于橡膠的疲勞分析，會錯誤地認(rèn)為材料斷裂平面總是垂直于最大主應(yīng)力方向。對于受到非松弛加載作用的應(yīng)變結(jié)晶橡膠而言，這一結(jié)論是不對的。
推薦使用Endurica疲勞求解器來準(zhǔn)確地分析疲勞耐久性問題！
參考文獻(xiàn)：
[1] Stephens, R. I., Fatemi, A., Stephens, R. R., & Fuchs, H. O. (2000). Metal fatigue in engineering. John Wiley & Sons.
[2] Ramachandran, Anantharaman, Ross P. Wietharn, Sunil I. Mathew, W. V. Mars, and M. A.Bauman.(2017) “Critical plane selection under nonrelaxing simple tension with strain crystallization.” In Fall 192nd technical meeting of the ACS Rubber Division, pp. 10-12
展開 采用一種修正的Kraus模型定量描述了橡膠材料動態(tài)損耗模量隨溫度、載荷頻率和應(yīng)變幅值的變化規(guī)律。得到了生熱率與溫度、載荷頻率和應(yīng)變幅值的函數(shù)關(guān)系式。
利用依黏彈性理論得出的黏滯生熱率與溫度、載荷頻率和應(yīng)變幅值的函數(shù)關(guān)系式，編制了相應(yīng)的計算程序。建立了減振橡膠疲勞黏滯生熱的有限元分析方法。
通過將經(jīng)典疲勞模型中用作疲勞壽命預(yù)測指標(biāo)的最大主應(yīng)變替換為穩(wěn)態(tài)溫升，在冪律模型的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種方法來快速評估橡膠結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。
08
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源文件與操作步驟（沙漏試樣為例）
8.1分析流程
仿真分析主要包括三個環(huán)節(jié)：變形分析、熱源計算與熱分析。（1）在變形分析環(huán)節(jié)，對材料和減振元件施加設(shè)定的載荷歷史，采用超彈性本構(gòu)描述橡膠材料的力學(xué)行為，求解每個加載時刻有限元模型中各積分點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)；（2）在熱源計算環(huán)節(jié)，對應(yīng)每一加載時刻，將變形分析中對應(yīng)的載荷頻率、應(yīng)變狀態(tài)（動態(tài)應(yīng)變幅值）以及熱分析中得到的溫度作為輸入變量，通過自編的Fortran語言子程序，計算得到各積分點(diǎn)的黏滯生熱率；（3）依已知的材料參數(shù)和問題的熱邊界條件進(jìn)行Abaqus熱分析，得出溫度分布后再將溫度場數(shù)據(jù)返回到自編子程序，對黏滯生熱強(qiáng)度和溫度場進(jìn)行迭代計算，從而得出橡膠材料和減振元件各位置的溫升歷程。
展開 
橡膠疲勞理論的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
橡膠疲勞理論的最新內(nèi)容
在工程實(shí)踐中，橡膠部件的疲勞壽命預(yù)測常常面臨諸多挑戰(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關(guān)鍵問題重新梳理，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)確評估
01
PART
在金屬疲勞分析中，拉伸平均應(yīng)力通常會對材料壽命產(chǎn)生不利影響
在橡膠制品的設(shè)計與開發(fā)過程中，能否在產(chǎn)品試制前準(zhǔn)確預(yù)測其疲勞壽命，是衡量研發(fā)水平的重要標(biāo)志。Endurica作為一款在全球范圍內(nèi)經(jīng)過廣泛驗(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)揮價值，建議遵循專業(yè)、規(guī)范的獲取與啟動流程。
9月3日，天安門廣場上將再次迎來莊嚴(yán)的閱兵儀式。當(dāng)一輛輛戰(zhàn)車以整齊劃一的隊形駛過長安街，我們看到的不僅是國家強(qiáng)大的國防力量，更是一代代科技工作者默默耕耘的成果。
在這些鋼鐵巨獸的背后，有許多不為人知的技術(shù)難題需要攻克。其中，坦克履帶的橡膠掛膠疲勞問題，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)疲勞開裂
如果將金屬疲勞分析的Wohler曲線（S-N曲線）理論用于橡膠的疲勞分析，會錯誤地認(rèn)為材料斷裂平面總是垂直于最大主應(yīng)力方向。對于受到非松弛加載作用的應(yīng)變結(jié)晶橡膠而言，這一結(jié)論是不對的。
推薦使用Endurica疲勞求解器來準(zhǔn)確地分析疲勞耐久性問題！
參考文獻(xiàn)：
[1] Stephens, R. I., Fatemi, A., Stephens, R.
<div contenteditable="false" width="100%">2024 年 8 月出版</div><div contenteditable="false" width="100%">MP4 |視頻：h264、1280×720 |音頻：AAC，44.1 KHz，2</div><div contenteditable="false" width="100%">通道 類型：在線學(xué)習(xí)
01Mullins效應(yīng)
? 通過Mullins效應(yīng)進(jìn)行橡膠件的損傷分析，當(dāng)損傷到達(dá)1時，認(rèn)為橡膠出現(xiàn)開裂，但是在實(shí)際仿真計算中需要進(jìn)行大量的分析計算，工作量巨大。
02彈性體疲勞壽命損傷理論
?通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進(jìn)行疲勞壽命分析，基本思想和傳統(tǒng)的金屬疲勞的一致，仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應(yīng)用。
03基于開裂能量密度
? 通過開裂能量密度的方法進(jìn)行疲勞壽命的計算
在橡膠件CAE仿真分析中，橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析相對容易，但是如何進(jìn)行橡膠疲勞壽命的分析當(dāng)前還是困擾工程師的一個難題。
Marc在橡膠、密封行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)：
01 Mullins效應(yīng)
? 通過Mullins效應(yīng)進(jìn)行橡膠件的損傷分析，當(dāng)損傷到達(dá)1時，認(rèn)為橡膠出現(xiàn)開裂，但是在實(shí)際仿真計算中需要進(jìn)行大量的分析計算
在橡膠件CAE仿真分析中，橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析相對容易，但是如何進(jìn)行橡膠疲勞壽命的分析當(dāng)前還是困擾工程師的一個難題。
Marc在橡膠、密封行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)：
01
Mullins效應(yīng)
? 通過Mullins效應(yīng)進(jìn)行橡膠件的損傷分析，當(dāng)損傷到達(dá)1時，認(rèn)為橡膠出現(xiàn)開裂，但是在實(shí)際仿真計算中需要進(jìn)行大量的分析計算
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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數(shù)應(yīng)變和格林應(yīng)變存在對應(yīng)關(guān)系，也就是Woehler公式，其形式如下：
上述公式中，為彈性體破壞時的循環(huán)次數(shù)，為其對應(yīng)的最大對數(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。
然后通過雨流計數(shù)法則進(jìn)行變幅損傷累積疊加，如下表達(dá)式。
? Strain-Life (EN) 應(yīng)變疲勞分析理論基礎(chǔ)
? 討論循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線和應(yīng)變-壽命關(guān)系的關(guān)系
? 討論平均應(yīng)力的影響
應(yīng)變疲勞壽命分析理論基礎(chǔ)
? 應(yīng)變壽命疲勞（EN）使用循環(huán)應(yīng)變反轉(zhuǎn)和應(yīng)變壽命關(guān)系方程評估疲勞損傷
