橡膠隔震技術的案例
ABAQUS橡膠支座仿真：有初始轉角的橡膠隔震支座水平力學性能研究
Keywords: large-span spatial structure; rubber bearing; initial rotation; horizontal stiffness; experimental study
近些年來，隨著隔震技術的發展，隔震建筑不斷涌現，且在歷次大地震的考驗中展現出了優秀的抗震性能。隔震技術被認為是最有效的抗震手段之一[1]。其中，采用橡膠隔震支座進行隔震是一種比較常用且成熟的方法。在一些使用橡膠隔震支座的大跨空間結構中，其支座常常存在轉動問題[2-3]，這必然會對支座的力學性能產生影響，進而影響其隔震效果。因此，本文對有初始轉角的橡膠隔震支座的水平力學性能進行研究，為橡膠隔震支座在大跨空間結構中的應用和設計提供參考。
水平力學性能是橡膠隔震支座最重要的力學性能指標之一。HARINGX[4]首次將支座假定為一個均勻和各向同性的柱體，提出了在水平力與豎向壓力共同作用下疊層橡膠支座的水平剛度理論計算公式。在中等剪應變下，HARINGX的理論計算結果與試驗結果吻合較好[5]。KOH等[6]提出了在大豎向壓力和大剪應變下的橡膠支座力學模型。針對HARINGX理論的不足，CHANG[7]提出采用剛度矩陣法，DING等[8]提出了轉換矩陣法，通過研究一個具有上下鋼板約束的單層橡膠墊來分析疊層橡膠隔震支座的力學性能。HE等[9]根據HARINGX理論研究了橡膠支座的回轉剛度，并提出支座端部的轉角會對支座的水平剛度產生較大影響。RAVARI等[10]根據HARINGX理論，對有初始轉角的疊層橡膠支座進行了分析，并提出了簡化計算模型。
目前，相關學者針對有初始轉角的疊層橡膠支座的研究多為理論研究，且大部分均基于HARINGX理論，不能反映橡膠材料本身的變化對支座水平剛度的影響，相關的試驗研究也還很少。
展開 abaqus模擬橡膠支座：鉛芯橡膠隔震支座精細化模擬分享
橡膠隔震支座具有提供豎向承載能力、彈性復位能力、良好的變形能力等特性進而在隔震建筑中廣泛使用。鉛芯橡膠隔震支座是在天然橡膠隔震支座中心或非中心部增加鉛芯一個或多個制作而成的具有良好耗能能力的隔震支座。剖面圖如圖所示。
為了更真實準確地反應荷載作用下支座內部的壓力分布，本文基于ABAQUS平臺對鉛芯橡膠隔震支座進行精細化分析。
（1）模型幾何信息如下表所示：
（2）材料本構橡膠采用超彈性模(Arruda-Boyce模型)，鋼材采用雙折線線模型，鉛芯采用理想彈塑性模型。封板、鋼板和連接板的彈性模量E=200GPa，泊松比取0.3。鉛芯彈性模量E=18GPa，泊松比取0.42。下圖為橡膠的本構選取示意圖。
（3）分析步設置：均采用靜力通用，其中Step1為面壓荷載，Step2為水平荷載加載。
（4）邊界條件及荷載：
支座下連接板固結、橡膠與鋼板和上下封板均采用Tie連接方式，
上連接板施加支座面壓和位移
。
（5）單元類型
由于橡膠為粘彈性材料，支座內部橡膠與鋼板建議開啟混合變形選項；選擇縮減積分可加快計算速度。
（6）本構正確性驗證：選取支座上表面中心點繪制荷載-位移圖如下圖所示。
如圖所示，滯回曲線呈明顯“旗幟”形。
（7）應力云圖和模擬動畫。
由于作者水平和時間有限，建模分析過程可能存在疏忽或有誤的地方還請批評指正！
文章來源：廣東省院結構安全顧問
展開 Abaqus插件——橡膠隔震支座 ￥1
*************************注意事項******************************
1、插件使用過程中，如有任何問題請發郵件至shenz1hao@126.com
2、插件僅做學習交流使用，尊重原創者，切勿以營利目的傳播
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*************************插件功能******************************
1、實現橡膠支座和鉛芯橡膠支座快速建模（橡膠支座建立輸入鉛芯直徑為0即可）
2、實現橡膠支座和鉛芯橡膠支座內部約束一鍵建立
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********************插件安裝及使用*******************************
1、電腦路徑下輸入 %homepath%\abaqus_plugins并回車
2、將LRB_builder_Circle文件夾解壓至當前目錄下
3、打開abaqus，菜單欄中點擊plug-ins，里面找出LRB_bulider_Circle并點擊
4、輸入支座對應參數
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展開 【01】各省份疊層橡膠隔震支座檢驗規則
<p class="ql-align-center"><strong>【各省份】疊層橡膠隔震支座檢驗規則</strong></p><p>------------------------------------------------------------------------</p><p>疊層橡膠隔震支座檢驗主要分為型式檢驗、出廠檢驗和見證檢驗（第三方檢驗），以下分析均以該分類為標準進行總結。注意在隔標GB/T 51408-2021、GB/T 20688.3-2006中將其分為型式檢驗和出廠檢驗，此處出廠檢驗即為其他規范的 見證檢驗。</p><p><strong>對各省份疊層橡膠隔震支座檢驗規則總結如下：</strong></p><p><strong>1. 型式檢驗有效期多少年？</strong></p><p><strong> GB/T 51408-2021指出檢驗報告有效期不得超過6年，JG/T 118-2018及部分規范指出“正常生產時，每4年應檢驗一次”。</strong></p><p><strong> </strong></p><p><strong>2. 見證檢驗是否需要根據建筑設防類別抽檢不同總數的產品？</strong></p><p><strong> GB/T51408-2</strong> <strong> 021、 GB/T 20688.3-2006、山西標準、深圳標準、西藏標準、新疆標準需要按照設防類別確定抽檢數量：特殊設防類（特別重要的建筑）、重點設防類（重要建筑），每種規格產品抽樣數量應為100%；標準設防類（一般建筑）產品抽樣數量不應少于總數的50%，有不合格的試件時，應100%檢測。</strong></p><p><br></p><p><strong>3. 見證檢驗每種規格型號需要抽取多少數量的產品？
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【JY】ANSYS Workbench在減隔震應用分析中的單元積分技術筆記
寫在前文
盡管減隔震技術與有限元結合取得了眾多成果，但仍面臨諸多挑戰，如材料非線性、模型不確定性等等。減隔震設計除了常規的宏觀結構設計采用SAP2000、Etabs、Midas、SSG、Paco-SAP 或 YJK\PKPM等。
【JY】各類有限元軟件計算功能賞析與探討
我們需要更清楚減隔震元件的破壞模式，對減隔震元件進行破壞分析，除了對減隔震元件在正常工況下的性能進行評估，有限元技術還可以用于研究元件在極端條件下的破壞行為。這有助于了解元件的破壞機理，并為設計提供更全面的數據支撐。
并且在多物理場耦合分析也需要運用在實際應用中，因為減隔震元件可能會面臨復雜的物理環境，如溫度變化、流體流動等。有限元技術可以考慮這些多物理場耦合效應，從而更準確地預測元件在實際工況下的性能。
黏滯阻尼器的固流耦合分析：
對于ABAQUS的單元介紹已經做了詳盡，個人感覺固體力學上ABAQUS還是上手比較方便，而多場耦合、快速建模預估Workbench會方便一些，因人而異：
【JY】有限單元分析的常見問題及單元選擇
ANSYS Workbench就像一個科技界的“瑞士軍刀”，集合了各種強大的單元技術，為減隔震元件提供全面且準確的分析支持。近期對于ANSYS Workbench進行了學習，本文將對ANSYS Workbench 各類單元技術做一個筆記總結，便于為減隔震元件分析提供理論基礎。（畢竟Workbench大部分時候會自動匹配相應所需技術）
B-bar方法完全積分
Workbench中的B-bar方法是一種常用于處理低階單元完全積分的技術，也被稱為選擇性減積分策略。它是針對有限元分析（FEA）中的一種改進方法，旨在提高計算效率和準確性。
展開 技術|?建筑減隔震設計消能粘滯阻尼器介紹
消能阻尼器技術優勢：
1、消能粘滯阻尼器只為結構提供耗散能量的阻尼力，因此耗能能力強、效率高，而且不改變結構的振動頻率特性。
2、粘滯阻尼器所采用的粘滯流體為硅油，硅油具有性能穩定、阻燃性能和抗老化性能優良，以及動力粘度系數大的特性，因此粘滯阻尼器具有性能可靠、出力大的優點。
3、雙出桿粘滯阻尼器結構對稱、緊湊，安裝方便且所需安裝空間較小，并且阻尼器兩端裝有關節軸承，不僅利于施工安裝，而且阻尼器工作時的方向適用性強。
4、技術合理性:消能減振、抗震結構則通過設置消能桿件和減震裝置，在出現變形時，大量迅速地消耗能量，保護主體結構的安全。結構越高、越柔，消能減振、抗震效果越顯著。
粘滯耗能阻尼器的主要技術參數：
原理公式為：F=CVα
式中：F為阻尼力(kN)
C：阻尼系數(kN/(mm/s) )
V：活塞運動的速度(mm/s)
α：速度指數，根據工程要求進行設計選定，一般在0.01～1之間取值。當 α=1時，則為線性阻尼。
一般建筑物減震使用0.15左右，隔震使用0.15~0.3。橋梁等需要經受日常溫度變化引起的慢速熱位移的結構使用0.3~0.5。
粘滯阻尼器產品型號的表示方法:
以VFD-NLx323x250型號為例，說明如下：
VFD：代表粘(黏)滯流體阻尼器，Viscous Fluid Damper的英文首字母。
NL：代表粘滯阻尼器的型式，NL代表非線性，L代表線性。
323：代表粘滯阻尼器的z大輸出阻尼力，單位kN，也稱為額定載荷，對產品價格影響很大。
250：代表粘滯阻尼器的設計容許位移，單位mm，也稱為行程，對產品價格影響很大。
展開 橡膠襯套疲勞仿真技術
橡膠疲勞仿真技術，目前還有很多難題需要攻關解決。橡膠的大應變計算還是不穩定：比如橡膠材料種類繁多，不同產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，也花費了大量的經費，每種橡膠都進行材料試驗，肯定是不切實際的。比如，仿真結果與實際結果的差異，還需要進一步的對標。所以，橡膠疲勞仿真技術的發展，任重而道遠！
本文來自上汽安全與CAE技術
基于ABAQUS二次開發的橡膠-金屬襯套仿真技術研究
摘 要：基于ABAQUS-Python提出了一種橡膠-金屬襯套快速仿真技術。該技術將典型橡膠-金屬襯套結構參數化，并通過開發的獨立圖形用戶界面和ABAQUS腳本程序，實現自動前處理、仿真計算和后處理；讀取仿真結果文件中力、扭矩、位移和角度值，采用最小二乘法計算出多向靜剛度值，導出應力、應變等云圖；對比仿真與實測結果，誤差在10%以內，滿足工程化應用要求。此外，該方法進行一次仿真分析約需8～15 min,極大地提高了分析效率。
關鍵詞：參數化;橡膠-金屬襯套;仿真技術;
隨著汽車工業的迅速發展，越來越多的人們重視整車舒適性和操穩性。作為一種阻尼材料，橡膠具有良好的彈性特性和能量吸收能力，因此被廣泛應用于汽車減振領域，如底盤襯套、動力總成懸置和其他橡膠制品等。
底盤襯套類橡膠減振制品由芯軸、外套和橡膠組成，通過橡膠硫化過程，實現3者連接。常規橡膠襯套可通過調節各組件結構、尺寸和橡膠硬度，實現在x、y、z軸平移和偏轉的性能要求。由于車型和車輛系統各部位的差異很大，對橡膠減振制品的性能要求也不同，因此需根據不同的性能要求選擇合適的結構、尺寸和橡膠材料，并進行優化設計。
在設計橡膠襯套類制品時，常采用試驗法和數值模擬分析法來確定相關參數。數值模擬分析法因具有直觀、快速、成本低等優點而被廣泛應用，但數值模擬分析法中的建模、前處理和后處理等過程繁瑣，費時費力。因此，研究參數化建模、自動前處理和后處理的方法，對橡膠襯套類制品的快速開發和優化有顯著的實際工程意義。
為了提高橡膠-金屬件數值模擬分析的效率，劉志國等[1]通過模型重建與專家分析經驗封裝構建軌道車輛金屬橡膠件有限元模型參數化建模方法，實現了金屬橡膠件分析模型的參數化與仿真分析自動化。
展開 橡膠等雙軸拉伸測試技術的演進：為何更大的應變范圍對仿真精度至關重要
在橡膠類超彈性材料的力學特性表征中，等雙軸拉伸測試是構建精確本構模型的核心試驗之一。
長期以來，傳統周向夾持（傳統16爪式）裝置被廣泛使用，但其技術局限也逐漸在工程實踐中顯現。本文將從專業角度，對比新興的充氣式等雙軸拉伸技術，并重點探討測試應變范圍的提升如何直接影響結構仿真的可靠性。
傳統周向夾持式的技術瓶頸
與仿真數據缺口
傳統16爪裝置在夾持原理上通過機械夾具同步拉伸試樣邊緣。這一方式在實踐中面臨幾個固有挑戰：
有效應變范圍不足
由于應力集中，試樣常在夾持邊緣附近發生撕裂或滑脫。這使得大部分材料的有效測試應變難以超過50%，僅少數柔軟材料可達100%。這個量級的應變數據，對于許多設計工況下應變可能超過200%的工程部件而言，是遠遠不夠的。
數據質量與一致性
多個獨立夾爪的同步性與摩擦阻力，使得測試設備存在難以消除且無法忽略的系統誤差，影響力值測量精度。同時，試樣裝夾操作難度大、費力耗時，拉力的一致性高度依賴操作者經驗，導致測試結果的復現性面臨挑戰。
最關鍵的影響在于仿真領域：材料等雙軸拉伸試驗的應變范圍小，將直接導致無法準確擬合材料超彈性本構模型（如Yeoh、Ogden模型）的參數。
本構模型的擬合，本質上是利用試驗數據來“校準”一個數學公式。如果校準所用的數據（試驗應變范圍）遠小于實際使用工況，那么在此范圍之外的模型預測行為就等同于“無據可依”的外推（如下圖所示），其準確性無法保證。
充氣式等雙軸拉伸的
技術原理與優勢
充氣式技術采用了一種截然不同的思路：通過施加均勻氣壓使圓形試樣鼓脹，實現球面中心的純等雙軸變形狀態。
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
本次講座以汽車行業的協同仿真為案例，其中涉及的基于結構/疲勞/優化的協同仿真技術適用于多個行業，希望能為智能制造行業項目提供參考與幫助。
講師介紹
艾國慶，達索系統行業咨詢顧問，中科技大學力學系碩士畢業，15年資深行業經驗，在結構仿真技術領域積累了豐富經驗。2007年碩士畢業于華中科技大學力學系，2008年加入達索系統SIMULIA至今，負責達索系統汽車與交通運輸行業結構仿真技術工作，為汽車與交通運輸行業提供仿真驅動設計的創新解決方案，通過提供可擴展的真實仿真解決方案，以解決具有挑戰性的工程問題，提升產品性能，減少物理樣機從而驅動企業創新。
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。
展開 【JY】橡膠支座的簡述和其力學性能計算
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簡介
合理地應用隔震技術可保證建筑在中、大震后的正常使用性能，對高烈度區的建筑具有較強的適用性。隔震技術常用的是橡膠隔震支座，橡膠墊隔震裝置由鋼板和橡膠交替疊合而成。橡膠隔震墊技術發展已比較成熟，隔震裝置豎向承載力大，具有穩定的彈性復位功能，且隔震周期長、阻尼比大。
【JY】結構概念設計之（隔震概念設計）
二、橡膠隔震支座的源起
1969年南斯拉夫震災后重建，柏斯坦勞奇（Skopje）小學工程中首先使用了純橡膠隔震支座，這是現代最早的隔震建筑。
1975年，新西蘭學者Robinson通過在天然橡膠隔震支座中設置鉛芯的做法，研制出鉛芯橡膠隔震支座
，解決了天然橡膠隔震支座阻尼小、耗能能力差以及初始剛度過小的的問題，極大地推動了隔震技術的實用化進程。鉛芯橡膠隔震支座問世幾年后。于80年代初，在新西蘭建成的William Clayton辦公樓是世界上首個采用鉛芯橡膠隔震支座的隔震建筑，因而此建筑在隔震技術的發展史上具有里程碑意義。
新西蘭建成的William Clayton辦公樓
在國內，上個世紀80年代末到90年代初期，我國許多學者開始重視起隔震思路的必要性。在橡膠隔震元件研發上最具有代表性的兩位專家分別是：華中科技大學的唐家祥教授和廣州大學的周福霖院士。
唐家祥教授對橡膠支座隔震元件和體系進行了系統的理論、試驗和應用研究，并率先自主開發了橡膠支座產品。
1993年，編著出版了國內第一部建筑隔震專著《建筑結構基礎隔震》
。1995年，首次對橡膠支座的耐久性機理進行了試驗對比研究，提出了科學解釋。并對豎向隔震進行了系統研究，提出了一些有價值的成果。
同期，周福霖院士等對橡膠支座隔震技術在國內的應用進行了探索，特別是在工程應用和標準編制方面，對于推動我國隔震技術應用起了較大的積極作用，并指導建成國內第一家專業的橡膠隔震支座生產廠家（汕頭和泰隔震器材有限公司）。1995~1997年，作了橡膠支座隔震框架的振動臺試驗和大量的常用的橡膠隔震支座的性能試驗研究。1997年，
周福霖院士編著出版了《工程結構減震控制》一書
。
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