橡膠abaqus計(jì)算的案例
基于ABAQUS超彈性材料橡膠襯套的剛度計(jì)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(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域的減振制品中。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的橡膠制品，我們可以基于一些理論推導(dǎo)或工程經(jīng)驗(yàn)算法在設(shè)計(jì)初期來(lái)獲取其靜剛度特性。但由于橡膠具有非線(xiàn)性粘彈性與超彈性，這種理論計(jì)算結(jié)果往往與試驗(yàn)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(jì)的，其具有一定的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
為減小誤差或?qū)崿F(xiàn)零誤差的前期預(yù)測(cè)，我們引入了有限元仿真分析技術(shù)，其可以通過(guò)控制模型參數(shù)與網(wǎng)格質(zhì)量實(shí)現(xiàn)較小誤差的預(yù)測(cè)計(jì)算。其價(jià)值也在各個(gè)行業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)中得到了很好的驗(yàn)證。本文基于減振襯套簡(jiǎn)單講訴一下基于ABAQUS軟件的橡膠制品靜剛度仿真分析過(guò)程。
仿真分析過(guò)程可分為三個(gè)大過(guò)程：前處理、求解計(jì)算和后處理。本文基于ABAQUS軟件設(shè)定的分析步驟，不再重點(diǎn)區(qū)分分析的三個(gè)過(guò)程，將操作過(guò)程拆分為：部件、屬性、裝配、分析步與輸出設(shè)置、相互作用、網(wǎng)格、加載、作業(yè)提交與監(jiān)管以及計(jì)算結(jié)果的可視化處理九個(gè)模塊，下面講訴橡膠襯套靜剛度仿真分析過(guò)程。
一、部件
由于本文主旨是為介紹橡膠剛度仿真的過(guò)程，所以選用了結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的橡膠襯套為例，直接借助ABAQUS軟件的部件模塊常見(jiàn)如圖1所示的幾何模型。
圖1、幾何模型結(jié)構(gòu)圖
二、屬性
為了使仿真結(jié)果更接近與實(shí)驗(yàn)值或真實(shí)值，除了需要一個(gè)適合的仿真求解器和一個(gè)高質(zhì)量的網(wǎng)格文件，更需要選擇一個(gè)合適的橡膠本構(gòu)模型，在ABAQUS軟件中內(nèi)置了許多相對(duì)成熟的橡膠本構(gòu)模型（如圖2所示），我們可以通過(guò)指定相關(guān)的系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)本構(gòu)模型的定義,當(dāng)然我們還可以直接提交我們的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，交由ABAQUS軟件進(jìn)行擬合，得出相對(duì)精準(zhǔn)的參數(shù)。
展開(kāi) ABAQUS板式橡膠支座高架橋抗震計(jì)算研究
鄒馳宇
新疆吉鑫公路技術(shù)有限公司
摘 要：常規(guī)抗震計(jì)算方法繪制高架橋反應(yīng)譜時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)輸入地震波不一致，導(dǎo)致地震響應(yīng)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值偏差較大。針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)板式橡膠支座高架橋抗震計(jì)算方法進(jìn)行研究。根據(jù)高架橋材料特性和幾何形狀，建立有限元模型，采用一致地震輸入方式，輸入最大值地震動(dòng)給模型質(zhì)點(diǎn)，計(jì)算質(zhì)點(diǎn)自振周期內(nèi)的反應(yīng)值，獲取反應(yīng)時(shí)程數(shù)據(jù)、時(shí)程分析反應(yīng)譜曲線(xiàn)，計(jì)算順橋向和橫橋向的地震響應(yīng)，包括墩頂位移、加速度、墩底剪力和墩底彎矩，檢驗(yàn)響應(yīng)值是否滿(mǎn)足抗震要求。選取京滬高速橋梁工程進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，采用三組計(jì)算方法分別在E1地震波作用下，計(jì)算墩頂加速度和位移的地震響應(yīng)，結(jié)果表明:該板式橡膠支座高架橋抗震計(jì)算方法相比常規(guī)方法，降低了最大響應(yīng)、響應(yīng)波動(dòng)、響應(yīng)變化率的計(jì)算偏差，地震響應(yīng)計(jì)算值更貼合實(shí)測(cè)值，充分保證了抗震檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
關(guān)鍵詞：高架橋;板式橡膠支座;抗震計(jì)算;地震響應(yīng);有限元模型;時(shí)程數(shù)據(jù);反應(yīng)譜;
板式橡膠支座高架橋在梁橋中應(yīng)用廣泛，計(jì)算其抗震性能，保證地震中的橋梁安全，具有重要意義。文獻(xiàn)[1]隨機(jī)變化地震強(qiáng)度和時(shí)間，參照地質(zhì)構(gòu)造、地震動(dòng)參數(shù)等因素，對(duì)地震動(dòng)進(jìn)行輸入，結(jié)合橋梁質(zhì)量和剛度的分布形式，數(shù)值模擬橋梁地震反應(yīng)，但該方法橋梁自振的定義周期，與地震動(dòng)周期不相符，導(dǎo)致地震響應(yīng)計(jì)算值偏差較大[1]。文獻(xiàn)[2]根據(jù)橋梁的地震響應(yīng)復(fù)雜程度，將橋梁劃分為規(guī)則和不規(guī)則，規(guī)則橋梁采用一階振型控制，非規(guī)則橋梁則采用時(shí)程分析法，計(jì)算橋梁地震反應(yīng)，反映出響應(yīng)數(shù)值的時(shí)程變化規(guī)律，但該方法未對(duì)橋梁的彈性階段和塑性階段進(jìn)行區(qū)分，地震響應(yīng)計(jì)算偏差同樣較大[2]。針對(duì)這一問(wèn)題，結(jié)合以上理論，提出板式橡膠支座高架橋抗震計(jì)算方法，避免地震作用下，支座高架橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞。
展開(kāi) 基于ABAQUS的橡膠懸置膠合件剛度仿真計(jì)算
橡膠懸置膠合件作為發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的重要組成部分，其靜態(tài)力學(xué)特性對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性起著重要作用，同時(shí)也是進(jìn)行橡膠懸置動(dòng)態(tài)特性預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。然而由于橡膠懸置復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)形狀以及橡膠材料復(fù)雜的非線(xiàn)性特性，目前并沒(méi)有理想的模型或解析公式可以準(zhǔn)確地描述其彈性特性與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，因而橡膠懸置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也沒(méi)有確定的方法，大多采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)修正的方法。
本文將以一個(gè)懸置膠合件仿真的實(shí)例講解一下如何利用ABAQUS來(lái)獲取其三個(gè)方向的靜態(tài)特性。所用膠合件的數(shù)模圖如圖1所示。其設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)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(jié)構(gòu)
表1設(shè)計(jì)要求
1、 網(wǎng)格劃分
采用HYPERMESH對(duì)圖一懸置進(jìn)行網(wǎng)格劃分到的有限元模型如圖2所示。
2、材料設(shè)置
把劃分好的網(wǎng)格導(dǎo)入ABAQUS中，設(shè)置其材料參數(shù)，由于不同本構(gòu)模型對(duì)橡膠懸置膠合件剛度計(jì)算結(jié)果有一定的影響。結(jié)合何小靜，上官文斌發(fā)表的《橡膠隔振器靜態(tài)力－ 位移關(guān)系計(jì)算方法》一文的研究結(jié)果表明，Mooney-Rivlin 模型的計(jì)算精度最高，其相對(duì)誤差均小于10%，所以本文采用M-R模型進(jìn)行計(jì)算。50度膠料的M-R材料常數(shù)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(shè)置：在Z方向先預(yù)載8mm，再在X向加載500N。取值0~5.6mm,對(duì)X向靜剛度進(jìn)行求解。
展開(kāi) ABAQUS橡膠襯套靜態(tài)特性計(jì)算測(cè)試相關(guān)性分析
摘要
：本文首先選取了幾種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)襯套作為研究對(duì)象，
并采用合適的橡膠超彈性本構(gòu)模型在ABAQUS 軟件中計(jì)算其三向
靜剛度；然后采用同一種膠料分別硫化四種襯套并在
MTS833 彈性體測(cè)試平臺(tái)上測(cè)試得其力-位移曲線(xiàn)；最終將襯套的靜剛度計(jì)算
值與測(cè)試值進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果表明在
ABAQUS 中可對(duì)橡膠靜態(tài)性能進(jìn)行較為準(zhǔn)確的模擬，具有較高的工程價(jià)值。
關(guān)鍵字
：橡膠襯套、有限元分析、測(cè)試、ABAQUS
1 概述
橡膠減振器被廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)減振系統(tǒng)，如動(dòng)力總成懸置、底盤(pán)襯套和排氣管吊耳等。在這些系統(tǒng)中，橡膠減振器的線(xiàn)性靜態(tài)性能主要為滿(mǎn)足系統(tǒng)的減振性能要求，橡膠減振器的非線(xiàn)性靜態(tài)性能則為滿(mǎn)足系統(tǒng)的位移控制要求。因此，為了滿(mǎn)足系統(tǒng)的減振性能和位移控制要求，須對(duì)零件的結(jié)構(gòu)和橡膠配方進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。所以在設(shè)計(jì)初期，如何利用數(shù)值計(jì)算技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)零件的靜態(tài)性能，就變得極為重要。對(duì)零件的靜態(tài)特性進(jìn)行預(yù)測(cè)涉及諸多方面,如材料本構(gòu)模型的選擇、材料模型參數(shù)的獲得、計(jì)算方法的選擇等，需要根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況建立橡膠減振件的計(jì)算規(guī)范，以期獲得一致而精確的結(jié)果。為獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，進(jìn)行計(jì)算與測(cè)試的相關(guān)性分析就顯得尤為重要。本文通過(guò)選取具有代表性的典型襯套結(jié)構(gòu)，進(jìn)行靜態(tài)性能的計(jì)算與測(cè)試，以期驗(yàn)證計(jì)算的精確度。
在此相關(guān)性研究中，選取了具有代表性的橡膠減振件零件即橡膠襯套作為研究對(duì)象，選用天然橡膠N50 作為硫化原材料來(lái)制作樣件，采用MTS833 三軸向試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試獲得其三向準(zhǔn)靜態(tài)性能曲線(xiàn)，使用ABAQUS 軟件計(jì)算了樣件的靜態(tài)剛度，用統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)比了測(cè)試與計(jì)算的相關(guān)性。
展開(kāi) 
ABAQUS橡膠工業(yè)中有限元計(jì)算問(wèn)題過(guò)盈配合
摘要：本文分析了過(guò)盈配合的有限元計(jì)算時(shí)用到超彈性本構(gòu)時(shí)可壓縮性對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響情況，得到在過(guò)盈配合中必須考慮這種可壓縮性的結(jié)論并分析考慮可壓縮性的原因。
1、引言
過(guò)盈配合是橡膠工業(yè)中的一種常見(jiàn)的配合方式。橡膠為超彈性材料，有限元計(jì)算中通常假定為不可壓或者幾乎不可壓。本文首先給出一種不可壓橡膠模型過(guò)盈配合的理論解，并與ABAQUS 計(jì)算解進(jìn)行比較。進(jìn)一步本文探討過(guò)盈配合中假定橡膠不可壓時(shí)遇到的問(wèn)題， 提出處理過(guò)盈配合中橡膠計(jì)算的方法。
2、可壓模型理論解與 ABAQUS 數(shù)值解的比較
2.1、理論解
理論解模型如圖 1，內(nèi)層為鋼，中間不可壓橡膠，最外層為鋼給出橡膠和橡膠之間的過(guò)盈量求整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)假設(shè)平面應(yīng)變狀態(tài)。
本構(gòu)方程：
對(duì)于鋼：
對(duì)于橡膠：
2.1 材料性質(zhì)：
鋼：E=210000v=0.3橡膠：C10=0.461312, C20=0.01752, C30=8.8e-05 ，其余為 0，（三次多項(xiàng)式模型，材料不可壓縮）
2.2.2 幾何特性
如圖 2 所示， R59.50 為內(nèi)層鋼的半徑和中間層橡膠的內(nèi)徑， R73.00 為中間層橡膠的外徑，R71.10 為外層鋼的內(nèi)徑， R80.00 為外層鋼的外徑。
展開(kāi) 巧用單元提高Abaqus計(jì)算效率：帶扭曲的軸對(duì)稱(chēng)單元-橡膠阻尼器內(nèi)摩擦生熱分析 ￥49.99
Abaqus有非常豐富的單元庫(kù)，其中就有軸對(duì)稱(chēng)單元，比如CAX4（I/R/H/T），當(dāng)一個(gè)回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)具有某種載荷對(duì)稱(chēng)性時(shí)，可以用它將三維模型縮減為軸對(duì)稱(chēng)模型來(lái)分析，能減少大量的內(nèi)存和分析時(shí)間，而同樣的模型規(guī)模，3D實(shí)體單元要更耗費(fèi)計(jì)算資源。
那么，回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)受到側(cè)向彎曲或軸向扭轉(zhuǎn)的載荷時(shí)，有沒(méi)有類(lèi)似的單元可以用呢？
橡膠阻尼器的內(nèi)摩擦生熱分析-節(jié)點(diǎn)溫度云圖
比如，假設(shè)上圖中的阻尼器不再是長(zhǎng)方體，而是回轉(zhuǎn)體，且發(fā)生軸向扭曲變形，那么能不能用軸對(duì)稱(chēng)單元來(lái)建模呢？
答案是可以的，在Abaqus的軸對(duì)稱(chēng)單元系里還有一種可考慮Twist的單元，即帶字母G標(biāo)識(shí)的那種類(lèi)型，能夠在分析時(shí)充分考慮回轉(zhuǎn)體的整體扭轉(zhuǎn)變形。
首先，我們可以在part模塊使用Axisymmetric建立環(huán)形塊狀阻尼器的回轉(zhuǎn)截面；然后在mesh模塊劃分好四邊形網(wǎng)格；最后，定義單元類(lèi)型為CGAX4T，即帶扭曲的4節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱(chēng)位移-溫度耦合單元。
這里的橡膠阻尼器材料本構(gòu)采用的是超彈性模型，應(yīng)變能描述形式為Neo Hooke，再結(jié)合時(shí)域黏彈性Prony參數(shù)與非彈性變形能耗散比，來(lái)計(jì)算阻尼器周期性扭轉(zhuǎn)過(guò)程中的材料內(nèi)摩擦生熱。
阻尼器上、下兩個(gè)端面的節(jié)點(diǎn)分別使用位于回轉(zhuǎn)軸上的兩個(gè)參考點(diǎn)來(lái)耦合，固定下端面參考點(diǎn)，并在上端面參考點(diǎn)施加軸向的周期性扭角位移。
阻尼器的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)格-單元
雖然建模時(shí)只考慮了回轉(zhuǎn)截面，但是帶扭曲的軸對(duì)稱(chēng)單元可以將回轉(zhuǎn)體發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)的整體結(jié)構(gòu)響應(yīng)考慮在內(nèi)，這是因?yàn)檫@種單元多了一個(gè)扭轉(zhuǎn)自由度5，拿本例中的位移-溫度耦合單元CGAX4T來(lái)說(shuō)，該單元的節(jié)點(diǎn)具有1、2、5和11四個(gè)自由度。
展開(kāi) 【JY】橡膠支座計(jì)算表格分享 ￥19.89
本插件嚴(yán)格按照橡膠支座理論計(jì)算公式進(jìn)行編制，詳情可先看以下推文：
【JY】橡膠支座的簡(jiǎn)述和其力學(xué)性能計(jì)算
【JY】橡膠支座精細(xì)化模擬與有限元分析注意要點(diǎn)
插件對(duì)于橡膠支座理論剛度/阻尼計(jì)算較為便捷：（一次付費(fèi)，持續(xù)更新！已更新20220429）
增加多項(xiàng)計(jì)算表格，敬請(qǐng)使用
結(jié)果驗(yàn)證如下：
贊助插件后可下載，下載鏈接如下（一次付費(fèi)，持續(xù)更新！）：
Abaqus橡膠拉伸模擬：仿真橡膠接頭的充氣和拉伸過(guò)程
Abaqus仿真橡膠接頭的充氣和拉伸過(guò)程
（1）
背景
實(shí)物整體圖如下：
剖面圖：
外面是剛性法蘭，主體是橡膠球體，橡膠球體里面有嵌入的簾布層，簾布層里面有加固環(huán)，加固環(huán)也是嵌入在橡膠球體里。兩端法蘭和橡膠接頭兩端接觸，固定約束，橡膠球體和法蘭的一角在球體變形較大時(shí)接觸。分析在加載過(guò)程中該模型的應(yīng)力和變形情況。
（2）
Step By Step 建模操作圖文演示
1.
創(chuàng)建幾何模型
2.
創(chuàng)建三種材料屬性和截面屬性
3.
裝配
4.
設(shè)置兩個(gè)靜態(tài)分析步
5.
定義接觸屬性、兩個(gè)接觸對(duì)和兩個(gè)約束
6.
設(shè)置pressure類(lèi)型的載荷
固定一端給另外一端施加位移
7.
劃分網(wǎng)格
8.
提交計(jì)算查看結(jié)果
整體變形云圖
加固環(huán)應(yīng)力云圖
橡膠應(yīng)力云圖
整體應(yīng)力剖面圖
文章來(lái)源：FILWTBY
展開(kāi) Abaqus模擬橡膠大變形/模擬橡膠彎曲
Abaqus為用戶(hù)提供了多種本構(gòu)關(guān)系來(lái)模擬超彈性材料，這種材料具有高度非線(xiàn)性，當(dāng)Abaqus進(jìn)行模擬時(shí)假設(shè)這種材料是具有彈性、各向同性，并且同時(shí)考慮幾何非線(xiàn)性效應(yīng)。與材料的剪切柔度相比，對(duì)于大多數(shù)類(lèi)似橡膠的固體材料，其可壓縮性非常小，當(dāng)分析對(duì)象為平面應(yīng)力問(wèn)題、殼、薄膜、梁、桁架、或者鋼筋等，這個(gè)問(wèn)題不值得關(guān)注。但是對(duì)于固體、平面應(yīng)變或者軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題卻不能忽略。對(duì)此，Abaqus/Standard提供了雜交單元來(lái)模擬超彈性材料中完全的不可壓縮行為。
橡膠材料力學(xué)性能的描述方法主要為兩類(lèi)：一類(lèi)是認(rèn)為橡膠為連續(xù)介質(zhì)的現(xiàn)象學(xué)描述；另一類(lèi)是基于熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法。基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的本構(gòu)模型主要有Polynomial、Reduce Polynomial、Ogden模型等，其中Mooney-Rivlin模型是 Polynomial的特殊形式，Neo-Hookean 模型是Reduce Polynomial的特殊形式。基于熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)主要有Arruda-Boyce和Van der Waals等本構(gòu)模型。本文利用Abaqus模擬大變形的橡膠，具體步驟如下。
1、在Abaqus/CAE Sketch模塊中作出模型草圖，如圖1所示，然后在Part模塊中分別建立Push、Rubber、Base三個(gè)部件。其中Push為解析剛體，Base為離散剛體。
圖1 草圖
2、在Property模塊中定義橡膠的屬性，采用Mooney-Rivlin模型，參數(shù)如圖2所示，然后賦給Rubber部件。
圖2 橡膠參數(shù)設(shè)置
3、裝配，定義分析步，采用默認(rèn)的場(chǎng)輸出和歷史輸出。為了保證剛開(kāi)始能夠較容易收斂，設(shè)置分析步初始增量步為0.01，打開(kāi)幾何非線(xiàn)性。
展開(kāi) ABAQUS橡膠支座仿真：有初始轉(zhuǎn)角的橡膠隔震支座水平力學(xué)性能研究
其中，采用橡膠隔震支座進(jìn)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(jié)構(gòu)中，其支座常常存在轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題[2-3]，這必然會(huì)對(duì)支座的力學(xué)性能產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響其隔震效果。因此，本文對(duì)有初始轉(zhuǎn)角的橡膠隔震支座的水平力學(xué)性能進(jìn)行研究，為橡膠隔震支座在大跨空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用和設(shè)計(jì)提供參考。
水平力學(xué)性能是橡膠隔震支座最重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一。HARINGX[4]首次將支座假定為一個(gè)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(jì)算公式。在中等剪應(yīng)變下，HARINGX的理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好[5]。KOH等[6]提出了在大豎向壓力和大剪應(yīng)變下的橡膠支座力學(xué)模型。針對(duì)HARINGX理論的不足，CHANG[7]提出采用剛度矩陣法，DING等[8]提出了轉(zhuǎn)換矩陣法，通過(guò)研究一個(gè)具有上下鋼板約束的單層橡膠墊來(lái)分析疊層橡膠隔震支座的力學(xué)性能。HE等[9]根據(jù)HARINGX理論研究了橡膠支座的回轉(zhuǎn)剛度，并提出支座端部的轉(zhuǎn)角會(huì)對(duì)支座的水平剛度產(chǎn)生較大影響。RAVARI等[10]根據(jù)HARINGX理論，對(duì)有初始轉(zhuǎn)角的疊層橡膠支座進(jìn)行了分析，并提出了簡(jiǎn)化計(jì)算模型。
目前，相關(guān)學(xué)者針對(duì)有初始轉(zhuǎn)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(duì)支座水平剛度的影響，相關(guān)的試驗(yàn)研究也還很少。因此，本文對(duì)無(wú)轉(zhuǎn)角的橡膠隔震支座和有初始轉(zhuǎn)角的橡膠隔震支座的剪切性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并利用大型通用有限元軟件ABAQUS對(duì)其進(jìn)行參數(shù)分析，深入研究初始轉(zhuǎn)角對(duì)支座水平性能的影響。
展開(kāi) abaqus模擬橡膠支座：鉛芯橡膠隔震支座精細(xì)化模擬分享
橡膠隔震支座具有提供豎向承載能力、彈性復(fù)位能力、良好的變形能力等特性進(jìn)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(gè)或多個(gè)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(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)荷載作用下支座內(nèi)部的壓力分布，本文基于ABAQUS平臺(tái)對(duì)鉛芯橡膠隔震支座進(jìn)行精細(xì)化分析。
（1）模型幾何信息如下表所示：
（2）材料本構(gòu)橡膠采用超彈性模(Arruda-Boyce模型)，鋼材采用雙折線(xiàn)線(xiàn)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(gòu)選取示意圖。
（3）分析步設(shè)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(jié)、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(lèi)型
由于橡膠為粘彈性材料，支座內(nèi)部橡膠與鋼板建議開(kāi)啟混合變形選項(xiàng)；選擇縮減積分可加快計(jì)算速度。
（6）本構(gòu)正確性驗(yàn)證：選取支座上表面中心點(diǎn)繪制荷載-位移圖如下圖所示。
如圖所示，滯回曲線(xiàn)呈明顯“旗幟”形。
（7）應(yīng)力云圖和模擬動(dòng)畫(huà)。
由于作者水平和時(shí)間有限，建模分析過(guò)程可能存在疏忽或有誤的地方還請(qǐng)批評(píng)指正！
文章來(lái)源：廣東省院結(jié)構(gòu)安全顧問(wèn)
展開(kāi) 
怎樣在Abaqus中定義橡膠等超彈性材料？橡膠產(chǎn)品仿真分析怎么做？
超彈性材料如橡膠等在工業(yè)、建筑和國(guó)防中隔震、絕緣等方面具有廣泛應(yīng)用，如汽車(chē)懸置、艦船、航天器隔振器等。
橡膠材料的應(yīng)力-應(yīng)變行為是彈性的，它們能承受100%的大變形而不產(chǎn)生塑性變形和斷裂，但是具有高度的非線(xiàn)性，在大變形時(shí)應(yīng)力陡然上升。這種材料行為稱(chēng)為超彈性（hyperelasticity）。
橡膠本構(gòu)關(guān)系非常復(fù)雜。在大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，人們建立起來(lái)很多理論模型來(lái)描述橡膠的力學(xué)特征。Abaqus有限元軟件在分析橡膠等超彈性材料具有顯著優(yōu)勢(shì)，為用戶(hù)提供了多種橡膠材料的本構(gòu)模型，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和材料的力學(xué)行為特征做出選擇。通過(guò)擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定所選本構(gòu)方程中的系數(shù)，這些過(guò)程在程序中可自動(dòng)完成。
由于超彈性體的特殊性質(zhì)，基于楊氏模量和泊松比所建立的本構(gòu)模型不再滿(mǎn)足對(duì)大變形行為的描述，我們用應(yīng)變勢(shì)能（strain energy/potential）來(lái)表達(dá)超彈性材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。
展開(kāi) 橡膠的密封性計(jì)算
同理，當(dāng)流體壓力突然被移除或突然中斷流體滲透，也會(huì)導(dǎo)致計(jì)算收斂困難。為了穩(wěn)定計(jì)算并提高計(jì)算的收斂性，ANSYS提供了斜坡施加流體壓力的選項(xiàng)，該選項(xiàng)在一個(gè)求解周期中通過(guò)多個(gè)計(jì)算子步線(xiàn)性的增加流體壓力進(jìn)行加載。為了實(shí)現(xiàn)斜坡加載，可以使用接觸單元實(shí)常數(shù)FPAT指定流體滲透作用時(shí)間。輸入正值表示滲透作用時(shí)間等于輸入的時(shí)間乘以載荷步的增量時(shí)間；輸入負(fù)值表示滲透作用時(shí)間就是該數(shù)值的絕對(duì)值。ANSYS的默認(rèn)值為0.01，則默認(rèn)的滲透作用時(shí)間等0.01乘以當(dāng)前載荷步的時(shí)間增量。
在每一個(gè)滲透點(diǎn)，如果當(dāng)前子步的增量時(shí)間小于流體滲透作用時(shí)間，即FPAT>(tn-tn-1)，則流體壓力在滲透作用時(shí)間周期中，從前一個(gè)子步施加的壓力線(xiàn)性變化增加到總的流體壓力，如圖2-3所示。如果FPAT<(tn-tn-1)，則施加當(dāng)前全部的流體壓力如圖2-4所示。在壓力滲透關(guān)閉點(diǎn)，如果當(dāng)前子步的時(shí)間增量小于流體滲透作用時(shí)間，則流體壓力在滲透作用時(shí)間周期中從前一個(gè)子步施加的壓力值線(xiàn)性減小到0，否則流體壓力將被瞬時(shí)刪除。
6. 工程實(shí)例-O型橡膠密封裝置的壓力滲透有限元分析
1-材料參數(shù)
活塞和缸套的材料為結(jié)構(gòu)鋼， 0型密封圈的材料為橡膠，材料模型參數(shù)如下：Neo-
Hookean模型，Mu=20E6Pa，
D1=0.015.
2-邊界條件
完全固定約束缸套的底邊和側(cè)邊，在活塞頂面上施加向下的位移0.007m，然后第二個(gè)載荷步施加流體穿透壓力20MPa。
展開(kāi) 基于Workbench的橡膠計(jì)算收斂調(diào)試
眾所周知，橡膠作為不可壓縮材料，具有很強(qiáng)的材料非線(xiàn)性，在計(jì)算過(guò)程中，往往會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生過(guò)大的變形導(dǎo)致網(wǎng)格畸變嚴(yán)重，求解終止。不僅如此，橡膠材料計(jì)算過(guò)程中往往還會(huì)帶有復(fù)雜的幾何非線(xiàn)性和接觸非線(xiàn)性，使求解收斂難度進(jìn)一步提高，本篇文章將介紹在Workbench中如何對(duì)橡膠計(jì)算的收斂進(jìn)行調(diào)試。
本實(shí)例研究橡膠的擠壓?jiǎn)栴}的收斂方法，如圖1，上下實(shí)體是結(jié)構(gòu)鋼材料，中間實(shí)體為橡膠，固定約束下端實(shí)體底面以及中間橡膠體的兩個(gè)端面，同時(shí)約束橡膠體的表面，使其僅有X方向自由度，上端實(shí)體上表面施加沿-x方向的6mm位移，接觸均為摩擦接觸，摩擦系數(shù)0.1，計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形情況。
圖1
首先設(shè)置橡膠材料，然后設(shè)置接觸，將橡膠設(shè)置為接觸面，結(jié)構(gòu)鋼設(shè)置為目標(biāo)面，兩對(duì)接觸均為摩擦接觸，摩擦系數(shù)0.1，均設(shè)為增廣拉格朗日算法，且在高斯積分點(diǎn)進(jìn)行接觸檢測(cè)，其余設(shè)置保持程序控制，接著對(duì)將橡膠實(shí)體進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分，施加邊界條件，最后進(jìn)行求解設(shè)置，采用直接求解器，打開(kāi)大變形。
圖2
圖3
圖4
圖5
圖6
進(jìn)行求解，經(jīng)過(guò)171次迭代后程序報(bào)錯(cuò)，無(wú)法收斂，力的收斂曲線(xiàn)如圖7。
圖7
對(duì)于橡膠這種不可壓縮材料，為了提高其收斂性，可以在分析設(shè)置中的非線(xiàn)性控制里，將求解器改成非對(duì)稱(chēng)求解器，同時(shí)打開(kāi)線(xiàn)性搜索功能，如圖8。
圖8
進(jìn)行求解，經(jīng)過(guò)111步迭代后程序報(bào)錯(cuò)，求解停止，報(bào)錯(cuò)提示是單元產(chǎn)生了高度扭曲，如圖9，對(duì)于這種問(wèn)題，可以嘗試通過(guò)減小時(shí)間步長(zhǎng)解決，但減少時(shí)間步長(zhǎng)仍會(huì)報(bào)錯(cuò)，讀者可自行嘗試。
圖9
由于橡膠表現(xiàn)為不可壓縮性，泊松比接近0.5，易發(fā)生體積自鎖，因此可以使用U-P單元技術(shù)解除體積自鎖，只需在橡膠體下插入命令，如圖10.
展開(kāi) 橡膠=汽車(chē)半條命：淺談ABAQUS橡膠大變形仿真5大注意事項(xiàng)
網(wǎng)格重繪技術(shù)不是ABAQUS軟件中的網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)，其利用Map Solution命令將計(jì)算結(jié)果映射到一個(gè)新的網(wǎng)格文件上，然后針對(duì)新的網(wǎng)格文件進(jìn)行二次計(jì)算，其計(jì)算流程可總結(jié)為下圖所示
圖6、Map Solution命令一般計(jì)算流程
由于在第二段加載時(shí)雖然使用了MAP語(yǔ)句將第一段加載的計(jì)算結(jié)果映射進(jìn)來(lái)，但是由于前后兩次的網(wǎng)格文件并不能做到完全一致，所以在分段計(jì)算的結(jié)果與整體一次性計(jì)算的結(jié)果略有偏差，這個(gè)在剛度曲線(xiàn)中就可以明顯的看出，前20mm的加載時(shí)，模型文件一致。所以剛度數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出一致性，但是由于在20mm后引入重繪網(wǎng)格后，剛度計(jì)算值較一次性完整加載偏大。但是由于在第二段計(jì)算時(shí)進(jìn)行了網(wǎng)格重繪，獲取了質(zhì)量較高的網(wǎng)格文件，所以其可壓縮至40.76mm(模型原高度為50mm)。
圖7、一次性完整、第一段加載與第二段加載的剛度曲線(xiàn)
圖8、一次性完整加載云圖與第一段加載云圖、第二段加載云圖
總結(jié)（這里是關(guān)鍵）
在處理橡膠材料的大變形仿真時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意：
1：對(duì)模型的簡(jiǎn)化需要考慮到真實(shí)的試驗(yàn)環(huán)境，在保證準(zhǔn)確的前提下合理簡(jiǎn)化模型；
2：依據(jù)實(shí)際情況設(shè)置適當(dāng)?shù)慕佑|與約束條件，盡量不使用摩擦約束；
3：在精度允許的范圍內(nèi)，可優(yōu)選一階線(xiàn)性粗網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算；
4：設(shè)置較小的增量步；
5：可借助Map Solution語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格重繪與二次加載計(jì)算等高階方法進(jìn)行仿真。
作者：仿真居工
文章來(lái)源：CAE集中營(yíng)
展開(kāi) 