橡膠套的案例
案例26-橡膠防塵套的非線性分析
橡膠防塵套的分析包含了幾何、材料和變化狀態(tài)（接觸）的非線性。
主要用到了下列特點和能力：
• 三維面-面接觸單元技術
• 基于曲面投影接觸
• 幾何非線性
• Neo-Hookean 超彈性材料
簡介
橡膠防塵套在很多工業(yè)應用中用于保護兩個物體的柔性連接點。在汽車行業(yè)中，橡膠防塵套覆蓋驅動軸上的等速接頭，以保護它們免受外界因素（灰塵、濕氣和泥漿等）的影響。這些橡膠防塵套設計用于適應接頭的最大可能擺角，并補償軸長度的變化。
基于曲面投影的基礎由接觸單元的關鍵字KEYOPT(4)=3定義，該選項賦予接觸和目標表面的重疊區(qū)域接觸約束，而不是單一接觸節(jié)點或高斯點，接觸穿透/間隙在重疊區(qū)域上計算取平均值。
問題描述
分析考慮橡膠防塵套的一半對稱結構，定義了三個接觸對：一是圓筒軸和橡膠之間的剛柔接觸，另外兩個是防塵套內外表面的自身接觸對。
三維模型如下：
問題分三步加載：
1. 圓筒和防塵套的初始干涉
2. 圓筒的豎直位移（橡膠防塵套的軸向壓縮）
3. 圓筒的轉動（橡膠防塵套的彎曲）
建模：
由于結構的對稱性，只對橡膠套的一半進行了建模。橡膠套采用超彈性材料模型。軸被視為剛體。
建模橡膠防塵套
三維模型是通過使用橡膠防塵套密封輪廓生成的。SOLID185元素用于模擬橡膠防塵套的實際三維結構，如下圖所示。該模型有3387個單元。
建模接觸對
定義了三個接觸對，以模擬軸期間橡膠護套中發(fā)生的接觸移動：
• 剛性圓柱軸和橡膠套內表面之間的剛性-柔性接觸。
展開 Abaqus案例：橡膠套壓縮
本案例圖文指導干涉配合與橡膠壓縮，并對典型錯誤給出分析解決辦法。
問題描述
頂部受壓縮載荷作用；
結構形態(tài)如下圖所示。
材料信息
除橡膠套以外均以解析剛體模擬，橡膠以超彈性模擬。
rubber；
polynomial
工作目錄
選擇
File > Set Work Directory
設定工作目錄
幾何模組
單擊Open，從工作目錄選擇Bumper.cae并打開
屬性模組
解析剛體無需賦予其材料。
裝配模組
裝配體的建模技巧就是用軟件的Sketch或者CAD將草圖之間的關系提前布局好，然后倒入草圖，使用草圖建模。
分析步模組
分析程序會選擇使用
Static, General
。共包含2個分析步，第一個分析步用于解決干涉配合問題，第二個用于橡膠壓縮（兩個分析步有明顯不同的內容，這也是劃分分析步的關鍵）
求解干涉配合和橡膠壓縮都需要設定合適的初始增量以及最大增量，默認不足以解決問題。官方推薦，一般的非線性初始增量大小可設置為0.1。稍微復雜一點的，可考慮設置0.05，難度很大的一般設置為0.01。都只是推薦值，可以自己嘗試調整。
求解干涉配合，這里推薦初始為0.01。
橡膠壓縮載荷步，增量設置推薦如上。
展開 Abaqus案例 | 橡膠套壓縮
本案例圖文指導干涉配合與橡膠壓縮，并對典型錯誤給出分析解決辦法。
問題描述
頂部受壓縮載荷作用；結構形態(tài)如下圖所示。
材料信息
除橡膠套以外均以解析剛體模擬，橡膠以超彈性模擬。
rubber；polynomial
工作目錄
選擇
File > Set Work Directory
設定工作目錄
幾何模組
單擊Open，從工作目錄選擇Bumper.cae并打開
屬性模組
解析剛體無需賦予其材料。
裝配模組
裝配體的建模技巧就是用軟件的Sketch或者CAD將草圖之間的關系提前布局好，然后倒入草圖，使用草圖建模。
分析步模組
分析程序會選擇使用
Static, General
。共包含2個分析步，第一個分析步用于解決干涉配合問題，第二個用于橡膠壓縮（兩個分析步有明顯不同的內容，這也是劃分分析步的關鍵）
求解干涉配合和橡膠壓縮都需要設定合適的初始增量以及最大增量，默認不足以解決問題。官方推薦，一般的非線性初始增量大小可設置為0.1。稍微復雜一點的，可考慮設置0.05，難度很大的一般設置為0.01。都只是推薦值，可以自己嘗試調整。
求解干涉配合，這里推薦初始為0.01。
橡膠壓縮載荷步，增量設置推薦如上。
展開 橡膠護套的非線性靜力學分析
邊界條件設置
在Supports中選擇Displacement，Geometry中選擇橡膠套密封的兩個側面，Coordinate System設置為Cylindrical Coordinate System，Y Component設置為0。
還有兩個Displacement如下圖設置：
添加Remote Displacement，Remote Point設置為Scoping Method，Remote Point中選擇Remote Point，設置X Component, Y Component, Z Component, Rotation X, Rotation Y和 and Rotation Z為Tabular，在右側的Tabular Data中Y的第2步和第3步設置為-10，RZ中第3步設置為0.55 rad。
11. Solution
添加Total Deformation，Equivalent (von-Mises)，Equivalent (von-Mises)，在Geometry中橡膠套，并提交計算。
12. 查看結果
非線性的計算時間一般都比較長，需要耐心等待。如果出現不收斂，可修改網格尺寸。在計算中，我使用了默認的網格劃分，計算出現不收斂，后來把網格尺寸改成1mm后計算收斂了。
小結：非線性計算的精髓主要在接觸的設置，對于復雜模型，需要不斷的修改接觸算法等參數，這就需要對接觸的深刻理解以及非線性分析的經驗。關于接觸，目前個人覺得講的非常好的是周炬老師的書（前面小鯨魚已經介紹過很多次），再者就是可以去參考幫助文檔（最近筆者也一直在看幫助，收獲很大）。
展開 
橡膠護套密封的非線性分析 ￥15
橡膠護套密封的非線性分析
1.1. 介紹
橡膠護套密封在許多工業(yè)應用中用于保護兩個閥體之間的柔性接頭。在汽車工業(yè)中，橡膠護套密封覆蓋在驅動軸上的恒速接頭，以保護它們免受外部元素(灰塵、濕度、泥漿等)的影響。這些橡膠護套的設計用于調整關節(jié)的最大可能擺動角度，并補償軸長度的變化。
這個橡膠護套密封的例子展示了幾何非線性(大應變和大變形)、非線性材料行為(橡膠)和變化狀態(tài)非線性(接觸)。這個例子的目的是展示surface-projection-based接觸方法的優(yōu)點和確定位移行為的橡膠護套密封，壓力的結果和接觸點的位置的外表面和內表面軸運動期間啟動。
Surface-projection-based 接觸可以通過為接觸區(qū)域設置KEYOPT(4) = 3來定義基于表面投影的接觸。
此選項強制接觸約束在接觸和目標表面的重疊區(qū)域，而不是在單個接觸節(jié)點或高斯點上。在重疊區(qū)域上平均計算接觸穿透/間隙。
2.1. 問題描述
在此分析中考慮了半對稱橡膠護套密封。定義了三個接觸對。一種是橡膠套與圓柱軸之間的剛柔接觸，其余兩種是橡膠護套內外表面的自接觸副。
該問題通過三個加載步驟得到解決：
1. 圓柱和橡膠護套間的初始接觸
2. 圓柱的垂直位移(橡膠護套內軸向壓縮)
3. 圓柱的轉動(橡膠護套彎曲)
3.1. 材料模型
橡膠套由橡膠材料制成，在大應變下表現出彈性響應。因此，對于在下面的表格和Workbench截圖中列出的橡膠材料，使用Neo-Hookean模型，這是一種不可壓縮超彈性材料模型。
3.2. 建模
利用結構的對稱性，只建模了橡膠護套的一半。對于橡膠護套，采用超彈性材料模型。軸被設置為剛體。
3.2.1.
展開 橡膠靴密封非線性仿真 ￥5
雖然你在日常生活中可能看不到它們，但橡膠靴密封條在許多工業(yè)應用中被用來保護兩體之間的柔性接合處。在汽車行業(yè)中，橡膠套封條覆蓋傳動軸上的恒速接頭，以保護其免受外部損害。這是一個完美的模擬示例，用牛頓-拉夫森方法來展示幾何形狀、材料和接觸非線性。
橡膠靴形密封件在許多工業(yè)應用中用于保護柔性接頭
在兩個物體之間。在汽車行業(yè)中，橡膠防塵罩密封件持續(xù)覆蓋著
驅動軸上的速度接頭，用于保護其免受外部因素（如灰塵）的影響，潮濕、泥濘等環(huán)境。
這些橡膠靴的設計旨在適應這些環(huán)境關節(jié)的最大可能擺動角度，以及補償軸長變化。這個橡膠靴密封件的例子展示了幾何非線性（大應變）以及大變形）、非線性材料行為（橡膠）和狀態(tài)變化
非線性（接觸）
展開 汽車轉向軸知識.
下轉向軸呈T字形，其上端與一個壓鑄件相連，壓鑄件上鑄有兩孔，孔內壓人橡膠套與塑料襯套后再與上轉向軸呈倒鉤狀連接，構成安全轉向軸。該軸在使用過程中除傳遞轉矩外，在受到一定數值的軸向力時，上、下轉向軸能自動脫開，以確保駕駛員安全。
轉向器性能測試
語音在汽車行業(yè)標準——“汽車轉向傳動軸總成性能要求及試驗方法”（QC/T649-2000）中，規(guī)定了轉向軸的各項試驗。主要試驗內容有：總成間隙試驗、轉動力矩試驗、滑動花鍵的滑動起動力試驗、靜扭強度試驗、扭轉疲勞壽命試驗。
一文記住高壓線束布置設計所有要點
5、線束在過車身鈑金孔時，需使用橡膠套過孔保護和密封，并在過孔前后做好線束固定。
6、 接插件布置
過程中需要考慮接插件的可操作空間，通常情況下可以在布置過程中，在 CATIA 等 3D 軟件內進行模擬仿真，以確定是否具備插拔操作性。
避開有水濺到或易遭受石擊的部位，如因相關原因必須安裝于此類位置，需使用金屬護板保護。
操作空間需要考慮拆裝接插件過程中，某些部件轉動或平動過程中產生的距離，如下為HV2000 接插件空間尺寸。
一級汽車供應商轉向采用復合材料制造抗振動系統
Cooper Standard公司的抗振動系統涉及通常由鑄鋁、沖壓鋼和橡膠成型的抗振動車身、支柱和發(fā)動機懸架。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/45083.html
“這些大而堅固的傳統部件，其制造歷史已有半個多世紀。”該公司副總裁兼抗振動系統業(yè)務全球總經理JoeEmmi表示，“我們公司的使命是創(chuàng)新并提供優(yōu)質產品。感謝材料科學和設計的進步，使我們已開發(fā)的復合材料部件現在能夠通過我們所有的測試。”
Joe Emmi例舉了促使該公司轉向采用纖維增強塑料的3個因素：
－消費者對舒適性的要求越來越高，這意味著無論是轎車還是卡車，都要求振動更低。https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/45072.html
－為實現更佳的燃油經濟性并確保車輛能容納更多的設施，OEM對減重的要求非常迫切。
－如果能夠滿足性能標準要求，新的結構復合材料部件的設計正日益贏得OEM客戶的認可。
Joe Emmi解釋說，符合標準對于這些結構部件而言至關重要，比如，能夠將乘用車的車身附著在結構框架上的車身懸架就有兩種類型：一種是由傳統的鋼和橡膠制成的懸架，另一種是液壓阻尼懸架。
液壓懸架是在兩個內腔之間通過傳導流體來形成阻尼，并提高汽車的行駛響應性。這些懸架通常采用沖壓鋼或鑄鋁制成的外殼，但現在已被復合材料所取代。
“我們將原先在鋼外殼內部裝橡膠套的液壓懸架改成了采用玻璃纖維增強尼龍復合材料來制造。”他指出，除了顯著減重外，這種復合材料的外殼還滿足了客戶的性能要求。
“這些是必須確保車身牢固固定在框架上的關鍵部件。”他補充道，“我們的客戶對復合材料的設計有些擔心，這是可以理解的，但我們已經證明了它的可靠性。”
展開 入耳式耳機的仿真模型
耳機芯前部的體積速度，經過前腔，前管道，前網布，通過橡膠套耦合到IEC711的耳道里。
下面繼續(xù)講解一下網布，聲導管和IEC711耳朵的模型。
薄的均勻細密網布可以看成純聲阻, 可以根據網布公司提供的數據進行計算
圖9 Sefar網布參數
紅色框內標注的是聲學阻尼，分成MKS和CGS的，我們需要使用MKS單位制。
這里的聲阻，實際是比流阻, R = Δp / U 這里的Δp是網布兩面的壓力差，u流速，參數跟面積無關；在特定面積上的阻尼，表示為R = Δp / U , 這里的U是體積流速。
圖10 后網布
如上圖，后網布的有效透氣面積約為2mm2, 計算得到的阻尼如下，該值用于賦給耳機芯后面的網布。
另外，可以用KTI的聲阻儀直接測量得到
圖11 聲阻測試儀
聲導管的模型是使用MicroCAP里面的延時線建立的，輸入的
圖 12，IEC711人工耳模
以上，可以建立起一個完整的入耳式耳機的仿真模型，仿真和實際測試結果的對比，請看下一篇文章。
在仿真模型中，建立了兩套耳機芯模型，不同的TS參數和管道參數，具體參數如下圖所示
Type A，仿真曲線Vs測試曲線
Type B 仿真曲線Vs實測曲線
改變后網布阻尼對頻響曲線的影響 （按照箭頭方向，網布阻尼逐漸減弱）
改變后腔大小對頻響曲線的影響 （按照箭頭方向，后腔逐漸增大）
改變前網布阻尼對頻響曲線的影響 （按照箭頭方向，網布阻尼逐漸減弱）
無泄漏設計的耳機，在佩戴過程中，會對耳膜產生較強的壓迫感。就出現了平衡泄漏設計，如圖所示，分別在前腔和后腔增加微孔并貼厚實的網布，得到的仿真結果如下圖。
無泄漏設計Vs 平衡泄漏設計
展開 Abaqus在橡膠超彈性材料的應用實例
問題的提出
本次考核以“銅芯橡膠水套”為考題，考察橡膠超彈性體在受壓情況下的非線性行為（包括了接觸非線性和超彈性材料的材料非線性），其基本結構如下圖所示
在圖中，當鋼制外殼在外力作用下向軸心處移動，壓制橡膠發(fā)生變形，最終充滿黃銅外套的凹槽，
2. 模型的簡化與算法
2.1 模型
此模型為軸堆成模型，采用軸對稱模型建立一個平面即可，如下圖所示
計算完成后，將其沿著對稱軸旋轉即可。
2.2算法
鑒于Mooney-Rivlin準則為線性本構，關系簡單，但能夠準確描述變形在150%以內時橡膠的力學行為，因此本例中橡膠材料本構采用Mooney-Rivlin準則，其形式為
在這里，直接采用用戶定義的方法輸入參數（數據值來源寫在數據處理方法中）
各個Part之間采用面面接觸，賦予摩擦系數f=0.36（黃銅和橡膠摩擦系數）
2.3
邊界條件
給鋼外殼施加朝向軸心方向的位移荷載，大小為0.55，如下圖所示。
3. 結果與討論
計算結果如下
文章轉自有限元在線博客，分享給大家學習交流
展開 
模具產業(yè)的技術進步，出口單價上升
按模具種類分，進出口最高的仍是塑料橡膠模具，分別占了進出口額的50.12%和70.26%；其次是沖壓模具，分別占了進出口額的42.42%和22.07%。
按進口貨源地分，進口模具主要來自日本、韓國、德國，其次是中國臺灣、美國、加拿大、意大利、新加坡、丹麥和法國；按出口目的地分，中國出口模具的市場主要是香港、美國和日本，其次是德國、印度、中國臺灣、法國、巴西、韓國和越南；按出口貨源地分，出口模具主要來自廣東、浙江和江蘇。
從進出口模具價格方面分析，2009年出口沖壓模具平均每噸價 8894.5美元，比上年上升13.5%；出口塑料橡膠模具平均每套價963美元，比上年上升15.6%。如果與進口價相比較，則沖壓模具平均每噸進出口之比為1.8：1；塑料橡膠模具平均每套進出口之比為2.5：1。與上年相比，差距明顯縮小。
中國模具工業(yè)協會的分析指出，從上述價格可看出，中國出口模具的技術含量和附加值比上年又有了上升，與進口模具相比，技術和價格差距也在不斷縮小，充分體現出了2009年中國模具產業(yè)的技術進步。
展開 模具產業(yè)的技術進步，出口單價上升
按模具種類分，進出口最高的仍是塑料橡膠模具，分別占了進出口額的50.12%和70.26%；其次是沖壓模具，分別占了進出口額的42.42%和22.07%。
按進口貨源地分，進口模具主要來自日本、韓國、德國，其次是中國臺灣、美國、加拿大、意大利、新加坡、丹麥和法國；按出口目的地分，中國出口六角鋁棒模具的市場主要是香港、美國和日本，其次是德國、印度、中國臺灣、法國、巴西、韓國和越南；按出口貨源地分，出口模具主要來自廣東、浙江和江蘇。
從進出口模具價格方面分析，2009年出口沖壓模具平均每噸價 8894.5美元，比上年上升13.5%；出口塑料橡膠模具平均每套價963美元，比上年上升15.6%。如果與進口價相比較，則沖壓模具平均每噸進出口之比為1.8：1；塑料橡膠模具平均每套進出口之比為2.5：1。與上年相比，差距明顯縮小。
中國模具工業(yè)協會的分析指出，從上述價格可看出，中國出口模具的技術含量和附加值比上年又有了上升，與進口模具相比，技術和價格差距也在不斷縮小，充分體現出了2009年中國模具產業(yè)的技術進步。
展開 拓撲優(yōu)化在底盤件開發(fā)中的應用
擺臂一般用球頭銷、橡膠防塵套等柔性連接方式與車身及車橋連接，有時也采用剛性連接方式與車橋連接。擺臂一般采用鋼板沖壓件或鑄、鍛造工藝制造。在汽車行駛過程中前擺臂強度能否滿足要求，直接影響汽車行駛安全性。本課題利用拓撲優(yōu)化的方法，驅動設計了一款新型鑄件擺臂，不僅滿足各種性能要求，而且重量比同級別車型減輕28%，實現了輕量化設計。
2、模型設置
單元尺寸：鑄、鍛件-本體 3mm 四面體單元，球銷座 3mm。擺臂軸套外管，通過體焊縫連接，采用基本尺寸3mm（長、寬方向）六面體網格，套管厚度方向分布三層體單元。
擺臂強度分析工況如下：
①經典工況 顛簸工況 加速工況 制動工況 轉向工況
②組合工況 凹坑轉向 加速轉向 制動轉向
③極限工況 前進沖擊
工況需通過Adams多體懸架模型進行載荷分解計算，提取出各工況下的硬點力和力矩（Fx、Fy、Fz、Tx、Ty、Tz）,對應施加在各硬點處。
3 優(yōu)化設置
①拓撲變量，尺寸約束＞10，拓撲空間如下圖所示：
②約束條件，前述工況下最大主應力＜設計強度；安裝點位移＜設計值；擺臂向失穩(wěn)載荷＜設計值；
③優(yōu)化目標，質量最小。
展開 汽車線束的防水設計
線束需要穿過車身鈑金孔時須加橡膠保護套進行防護，建議過盈量在對于大于40mm的孔，需進行翻邊設計，主要起到保護線束、防水和密封等作用。
一般情況有兩種過孔形式，一種是簡單叛金孔，并不涉及運動件，此時要注意過孔前后線束的相對位置，要求室外部分線束髙度低于室內線束；對于涉及運動件時要充分考慮橡膠件和接口的設計，保證在運動過程中不產生干涉和摩擦的前提下，考慮橡膠件的密封和孔德相對位置， 盡量使室外的孔低于連接室內的鈑金孔。
3.4 線束布置防護
電器系統進水最主要的一點就是水依靠自身重力滲入電器系統，除采用常規(guī)的防水材料進行防護外，通過合理的三維布置也可實現防水功能。首先，整車搭鐵是防水較薄弱的環(huán)節(jié)，容易使水滲入電器系統，所以從設計前期就要充分考慮整車電器的布局，須使電器的安裝點高于搭鐵點，且搭鐵線束安裝方向向下，這樣便可以利用安裝位置的優(yōu)化有效解決因水自身重力引起的滲水問題；其次是距整車排水點較近的線束布置，例如門線束及后保線束，因會有雨水滴落到線束上，故此部分的線束需固定其走向設置最低點，使滴落到線束上的水依托線束流到車外， 從而達到保護電器系統的目的。
4 結束語
隨著汽車電子的飛速發(fā)展，整車電氣日漸增多，整車的安全性和穩(wěn)定性就變的越來越重要，作為整車神經系統線束的安全設計，不僅要依托傳統技術，更要不斷探索和學習新技術。
展開 