ansys 橡膠變形仿真的案例
橡膠=汽車半條命：淺談ABAQUS橡膠大變形仿真5大注意事項
導讀：橡膠材料由于其獨特的物理和化學的特性（如超彈性，粘彈性且柔軟性、耐磨性、絕緣性和阻隔性等），使得其在工程上得到了非常廣泛應用，這一點在汽車行業尤為明顯。縱觀過去近200年的歷史，硫化橡膠的誕生直接推動了汽車革命。如今在我們的汽車中，橡膠制品早已是“汽車的半條命”。就拿我們常見的桑塔納轎車來說，其就擁有270多個橡膠密封制品，而這些橡膠組件的性能直接決定了汽車的性能和安全。
橡膠材料是一種典型的超彈材料，其在受力過程中可以看作只有形狀改變而其體積幾乎無變化的不可壓縮性物體，同時還伴隨著幾何非線性和物理非線性。因此，對橡膠材料的相關仿真計算的難度相對較大一些。
首先簡單回顧一下有限元仿真分析中的非線性問題類型：
①邊界條件的非線性：即邊界條件在分析過程中發生變化。接觸問題就是一種典型的邊界條件非線性問題。它的特點是邊界條件不能在計算的開始就可以全部給出，而是在計算過程中確定的，接觸物體之間的接觸面積和壓力分布隨外載荷變化。
②材料的非線性：即材料的應力應變關系為非線性。
③幾何的非線性：即位移的大小對結構的響應發生影響，包括大轉動、大位移、幾何剛性化等問題．
在橡膠制品的仿真分析過程中，以上三種非線性類型均有涉及，如果分析設置不當，極其容易導致求解困難，特別是對變形復雜（比如和多個不規則邊界接觸、變形很大等）情況。這樣一來，如何實現橡膠制品大變形的仿真便成我們較為關心的問題。
下面以對橡膠柱的壓縮試驗的仿真分析為例，簡述一下針對橡膠大變形仿真過程中需要注意的幾點：
圖1、理想與現實的差距
(一)模型的簡化
對于一個工業數模，常常需要進行一些合理的模型簡化，但不可過度簡化。
展開 基于ABAQUS的橡膠密封圈大變形仿真分析
1背景及意義
橡膠密封圈廣泛應用于密封結構中，諸如金屬管道連接處的密封、混凝土框架橫梁之間的潤滑密封等。橡膠圈的材料選取、形狀的設計及受力大小對其密封性能有很大的影響，然而在實際壓縮試驗過程中很難觀測到其受力變形的瞬態大變形行為。通過ABAQUS有限元分析可以得到橡膠圈的受力變形過程，對產品的設計及優化具有較大的幫助，也有利于縮短研發周期，降低經濟成本。
2模型建立
模型采用常用的橡膠材料與模具裝配模型，如圖1所示。整個建模過程與后續的有限元分析中均采用統一的mm單位制。
圖1 模型基本尺寸
3有限元分析
本案例的有限元分析是在ABAQUS 2017平臺上全程進行的。運用Standard/Explicit分析模塊，之后進入Part模塊創建上述分析模型。建立的有限元模型如圖2所示。模型中主要涉及兩種材料模型，橡膠本構已經很成熟了，選用超彈性Mooney-Rivlin本構，模具使用鋼鐵本構，輸入基本的物理參數即可。橡膠圈及鋼鐵本構參數分別如圖3、4所示。之后定義接觸及邊界條件完成有限元模型的前處理操作。
圖2有限元模型
圖3橡膠圈本構參數
圖4模具本構參數
4結果與討論
模型的后處理操作是在Abaqus/CAE的Visualization模塊，模型求解完成后對云圖只顯示材料填充區域云圖，此時，橡膠材料就從一開始的圓形被壓縮成類似于矩形的形狀，如圖5所示。
圖5應力云圖
5結論
本案例針對橡膠圈進行了一個簡單的大變形分析，從應力云圖來看，仿真結果很好模擬了橡膠圈在壓縮時候的大變形行為，后續可以單獨提取最大變形處的應力應變曲線等，對產品的設計有一定的參考意義。
展開 當橡膠制品仿真可以模擬300%變形，而試驗數據在100%就中斷時，我們做了什么？
導讀
如果您正在為橡膠件大變形仿真（例如：橡膠襯套的非線性剛度仿真）不準而困擾，或苦于缺乏高質量的等雙軸拉伸應力-應變數據來標定橡膠超彈性本構模型，那么這項正支撐國家標準制訂和驗證的創新測試方法，可能是您一直在尋找的答案。
近日，易瑞博科技（E-rubber）一項關于“充氣式變溫等雙軸測試與仿真集成平臺”的技術實踐案例，經過評審，入選了中國科協企業創新服務中心建設的“企業科技工作者評價案例庫”。
同時，由E-rubber作為主要起草單位之一的國家標準《硫化橡膠或熱塑性橡膠 等雙軸拉伸應力應變性能的測定》正處于關鍵的征求意見與全國多地試驗室的對標驗證階段。
那么，一項為解決實際工程難題而誕生的技術方法，是怎樣從企業的試驗室走出來，最終成為整個行業都能參考和使用的公共標準的？
我們最初
要解決什么問題？
01
PART
做橡膠工程仿真的同仁都熟悉一個難題：CAE軟件能輕松模擬橡膠材料超過200%、300%甚至更大的應變，但試驗室里傳統的多端夾持（例如十字形夾具、16爪夾具等）等雙軸拉伸設備，往往因機械夾持的固有限制，難以穩定、可靠地獲取大應變下的高質量等雙軸拉伸數據。
十字形夾具
16爪夾具
這導致橡膠材料本構模型的擬合，在很大程度上依賴“外推”和“猜測”。
無論是輪胎胎側的大變形分析，還是橡膠懸置的疲勞壽命預測，因為缺少這部分關鍵數據，許多設計往往被迫預留過多的余量以保證安全，或者在后期需要依賴更多實物樣品的反復測試來驗證。
這個問題，是制約許多高端橡膠部件實現仿真驅動設計、精準迭代的共性瓶頸。它首先是一個技術問題，但更深層地，是一個關于數據完備性和方法可靠性的基礎性問題。
展開 基于流體壓力的橡膠圈密封有限元仿真分析方法--ANSYS Workbench有限元分析方法--橡膠密封方法
2.網格在接觸位置加密，其余位置不用加密，網格如圖所示
這些參數在ANSYS Workbench中都有詳細的說明和設置方法，可以根據實際情況進行調整。
五、結果展示
經過模擬計算，我們得到了橡膠圈的位移結果圖。
從圖中可以清晰地看到橡膠圈在受到壓縮和流體壓力作用下的變形情況。這些結果為我們提供了寶貴的參考信息，有助于我們更好地理解和優化橡膠圈密封的設計。
運動和壓縮變形效果
局部放大圖展示流體壓力的擠壓效果
六、總結與展望
通過ANSYS Workbench的有限元分析，我們成功地對橡膠圈密封進行了精確的模擬和計算。這不僅讓我們對橡膠圈密封的工作原理有了更深入的了解，還為我們提供了優化設計的方向。在未來的工作中，我們將繼續利用這一強大的工具，為更多的工業設備提供可靠的密封解決方案。
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展開 
Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析
11月11日，Ansys官方『Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析』研討會為您展開介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，還將簡要介紹Ansys最新收購的聚合物材料建模工具PolymerFEM，感興趣的下滑預約學習??
時間：11月11日（星期二），16：00-17：00
內容簡介：
本次網絡研討會主要介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，聚焦于超彈性本構的選取、基于測試數據的材料參數擬合、非線性計算設置與收斂性調試等關鍵技術。 此外，還將簡要介紹Ansys最新收購的聚合物材料建模工具PolymerFEM。
講師：
韓鎮澤 | Ansys高級應用工程師
具備多年結構有限元仿真在不同領域的應用經驗。專注于PCB封裝結構可靠性方案，以及消費電子、半導體等行業應用。主要負責產品：Mechanical，Sherlock，PolymerFEM。
形式：線上
費用：免費
掃碼立即報名
(web: https://s.jishulink.com/ObT0WL)
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技術鄰簡介：
技術鄰，是一家深耕工科制造業領域逾二十年的專業技術平臺。
我們的服務覆蓋力學、機械、材料、航空、交通運輸、電子電氣、通信、化工、能源、船舶、冶金、建筑土木、水利測繪等眾多專業方向。以CAE仿真為特色和入口，在結構、流體、電磁、熱動力學、工藝、聲、光及加工工藝等領域，擁有深厚的專家資源和項目經驗。累計幫助1200+企業解決制造業研發困擾，100萬+工程師提升專業能力。
展開 ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真
橡膠擴張變形過程是個典型的非線性過程，而且包含了非線性中的三種情況：
1. 橡膠屬于典型的超彈性材料——
材料非線性
；
2. 橡膠在擴張過程中的應變很大——
幾何非線性；
3. 橡膠擴張過程中存在于擴張件的接觸——
狀態非線性。
因此在仿真過程中，我們要認真關注計算的收斂性問題。下面我們以電纜冷縮終端為例，對橡膠件的擴張過程進行一個仿真，并得出冷縮終端的抱緊力。
仿真過程
對于橡膠擴張過程的仿真，我們可以將其視為準靜態問題，因此我們選擇Workbench中的
Static Structural
（結構靜力學）模塊來簡單模擬。
Step1
橡膠材料的選擇
新建一個材料，命名為“RUBER”。
本次計算采用Ogden 3rd Order本構方程，雙擊Toolbox中的Ogden 3rd Order材料模型，將其添加到“RUBER”材料的屬性中。
根據ANSYS Help中的數據，Ogden 3rd Order材料模型具體數值依次為：43438Pa、1.3、82.74Pa、5、-698.5Pa、-2、2.9E-8Pa^-1、0Pa^-1、0Pa^-1。
Step2
建立冷縮終端模型
冷縮終端屬于回轉體，我們可以選擇縱向截面的1/2，使用平面軸對稱模型進行仿真，這樣不僅不損失計算精度，同時也大大降低了計算量。
展開 hypermesh-ansys聯合仿真-2D軸對稱橡膠密封分析 ￥3
密封結構為環形軸對稱，蓋板將黑色橡膠圈壓向底部的帶槽基座上，靠橡膠變形回彈與上蓋板和下基座之間的接觸壓力（密封應力）來阻止流體穿過密封界面。蓋板和基座材質都是結構鋼，彈性模量為210000MPa，泊松比為0.3；橡膠圈材質為邵氏硬度75度的EPDM橡膠。本文采用單位制為mm，N，t，s，MPa。
通過hypermesh建立有限元模型設置求解控制輸入到ANSYS進行求解：
Ansys Workbench 膠粘凝固過程，變形等效仿真 ￥15
問題：
最近遇到一個仿真項目：一個光滑薄板粘貼在基板上，要求評估膠粘凝固后平面的變形量。作為一位結構仿真工程師，關于膠粘凝固過程的仿真——膠水由液態變為固態，似乎和結構仿真沒什么關系，自己也不知道如何進行計算。所以就查詢了deepseek和豆包，然后就知道了ansys官方已經針對該問題設計了一個ACT插件專門用于模擬膠粘凝固過程的仿真： ACCS Ansys Composite Cure Simulation （收費插件，人窮志短買不起，哎！）
然后就查詢了一些關于膠粘過程的論文，其中“車身制造用鋁合金-鋼膠接接頭固化變形及固化失效機理研究-朱曉搏”寫的比較詳細，指出膠粘過程大致階段如下，詳細內容請參考原文。
? 第一階段：從開始加熱起始直至溫度升高到膠層的凝膠點結束。在這一階段中，膠層為粘流態，表現為高粘度的流體。
? 第二階段從膠粘劑凝膠開始，經歷整個保溫階段至溫度下降到玻璃化溫度為止。整個階段，膠層處于高彈態。這一階段是整個固化過程中膠層屬性最為復雜的階段。包括膠層固化反應收縮和溫度、膠層狀態等多方面因素共同影響。
? 第三階段由玻璃化溫度開始直至膠層溫度冷卻至室溫。在此階段中，膠層完全固化，處在玻璃態，其物理屬性只與溫度相關。在此狀態下，膠層的鏈段被凍結，變形能力很小，具有較高的模量。
這里結合當前工作需求和實際狀態，以上述論文中的膠粘凝固過程為基礎，嘗試了一個偷懶的仿真方式。其中論文中的第一階段，膠層為流體狀態，結構變形應力，不予考慮；論文中的第二階段，這里只考慮膠層的固化反應體積收縮，其余不考慮。同時該階段膠層材料的物理屬性由固化后屬性按比例衰減估計；論文中的第三階段則為降溫體積收縮過程。所以，本文針對膠粘固化過程的仿真變為兩個階段。
展開 交流-ANSYS橡膠材料超彈性本構模型和粘彈性性能仿真和試驗
交流-ANSYS橡膠材料超彈性本構模型和粘彈性性能仿真和試驗
最近在搞橡膠這個方向，單軸拉伸試驗和動態DMA，研究橡膠次本構模型
有研究橡膠超彈性。粘彈性性能的朋友可以聯系，互相交流學習、答疑。
Q254958758
Ansys Workbench初始變形+預應力釋放仿真（含ACT插件） ￥20
問題：
在工作過程中有時會遇到某些仿真類型，是需要進行帶有預應力的仿真。但是WB中預應力在模塊之間的傳遞，似乎預應力模態可以直接傳遞。而兩個靜力模塊可以傳遞變形后的幾何，但是不能傳遞預應力。
問題示例大致如下：
板子初始是平板狀態，安裝后工作狀態是貼合一個弧面，并通過四個支點進行連接固定，板子安裝后存在回彈力。
現在需要評估板子安裝變形預應力狀態下，連接面的回彈力。
仿真思路：
仿真對象是一個有初始應力的彎曲板，但是曲面形狀實際可能不是正常弧線而是曲面。
因此仿真步驟大致需要兩步：
第一、初始平板變形為曲面形狀，提取板子的應力狀態；
第二、板子在預應力狀態下產生彈性回復力，查看彈性回復力在連接位置的大小。
第一步的仿真方法：
模擬擠壓形式，在初始平板兩側使用變形后的彎曲板進行擠壓變形。
擠壓變形
第二步的仿真方法：
加載板子的變形預應力，按裝配狀態連接，計算連接處的彈性變形力。
但是：在第一步加載的時候就不是很容易實現。兩個夾層面需要設定接觸面進行接觸非線性仿真，經常發生接觸面穿透現象，需要小載荷步，多次調試。
即使擠壓方式沒有穿透，應力分布也不是很均勻。
此處先擱置擠壓法的計算過程不提，假設已經獲得預期的初始變形應力。
繼續進行第二仿真步，傳遞板子的預應力狀態；
預應力的傳遞方法在微信公眾號文章：“ansys分析中如何考慮殘余應力影響？”中提及了兩種方法，這里分別測試如下：
方法一：使用external Data模塊
首先，在步驟一初始板子變形，有正確應力分布的結果中，分別提取X、Y、Z、XY、YZ、ZX六個方向的法向應力和切向應力。
展開 基于Meshfree和ANSYS Mechanical的水箱流道的變形仿真分析
1.問題描述及仿真模型
為同時滿足自動掃地和拖地的功能，某品牌掃地機器人配備了電控水箱，通過蠕動泵將水箱內的水帶入到流道中，最終通過流道的出水孔均勻的流出至地面。由于流道是緊密裝配在機構中，受到了一定的約束和力的作用導致其發生了一定的變形，而變形后的流道會影響各出水口的出水效果，各出水口流量分配不均勻導致拖地效果不好。因此，減小流道的變形幅度在流道設計中是一個很重要的問題。本文分別通過Meshfree和ANSYS Mechanical軟件計算同樣約束條件和載荷條件下流道的變形，比較兩款軟件計算結果的精確性與一致性。
仿真模型如圖1所示。
圖1 水箱流道仿真模型
2.Meshfree計算分析
新建一個線性靜力分析，導入建立好的CAD模型。
圖2 建立仿真模型
新建材料ABS，具體材料參數見圖3，并將ABS材料賦予導入的幾何模型。
圖3 定義ABS材料的參數
在流道的進水口和兩個出水口的內壁面施加自由約束，如圖4所示。
圖4 施加約束
在流道的上表面施加向下的均布載荷力5N，如圖5所示。
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