橡膠拉伸ANSYS的案例
Abaqus橡膠拉伸模擬：仿真橡膠接頭的充氣和拉伸過程
Abaqus仿真橡膠接頭的充氣和拉伸過程
（1）
背景
實物整體圖如下：
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，加固環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接觸。分析在加載過程中該模型的應力和變形情況。
（2）
Step By Step 建模操作圖文演示
1.
創建幾何模型
2.
創建三種材料屬性和截面屬性
3.
裝配
4.
設置兩個靜態分析步
5.
定義接觸屬性、兩個接觸對和兩個約束
6.
設置pressure類型的載荷
固定一端給另外一端施加位移
7.
劃分網格
8.
提交計算查看結果
整體變形云圖
加固環應力云圖
橡膠應力云圖
整體應力剖面圖
文章來源：FILWTBY
展開 汽車用橡膠密封條性能要求，及拉伸強度測試誤差案例分析
特別是對氣候的要求極為苛刻，為保證密封條在這些條件下正常工作，所以通常教練的規格性能有如下項目：
硬度，拉伸強度，拉斷伸長率
這些材料的基本性能要求，通常對其有供貨狀態和熱空氣二組性能要求。根據使用狀態，汽車的使用溫度范圍-40℃-70℃。熱空氣老化溫度一般選擇70℃。
壓縮永久變形
這是由于密封條是利用其材料的高彈性與以車身為主的耦合件之間產生接觸壓力來實現對介質的密封條的。橡膠在壓縮狀態下回發生物理化學變化，當壓縮消失后。這些變化阻止材料恢復到其原來的狀態，于是就產生了壓縮永久變形，因此壓縮永久變形是衡量密封條材料性能的一項重要指標。
耐臭氧老化和耐空氣老化
這是由于汽車的工作環境長期處于全天候狀態（雨雪風霜日曬），因此要求密封條在各種環境下保持一定的性能要求以及必要的使用壽命，必須要求所有材料具有良好的耐老化性能。
耐油漆性
這是由于密封條直接安裝在車體上，橡膠硫化后內部組分外遷接觸了車漆而發生。與車體油漆板直接接觸，油漆中的各組分在使用各種環境下游離出的物質會與密封條相互作用，加速老化，降低其性能，因此耐油漆性能也是密封條的重要常規性能。
高溫性能
由于密封條使用溫度范圍在-40℃-70℃（機艙可能達到120℃）。三元乙丙橡膠品種（以丙烯含量分類），以及其硫化膠性能直接影響密封條低溫彈性，為了在低溫條件下仍保持較好的彈性，這項性能常作為常規性能。
性能測試案例
為什么TPE/TPV拉伸強度測試數據差異這么大？
最近有個客戶咨詢，采購的同一批TPE 的拉伸強度數據從7MPA，下降到了4MPA？根據國高材多年的實踐總結的經驗，拉伸強度測試數據的正確性，取決于以下幾個方面：
1.
展開 《Science》子刊：可拉伸橡膠半導體和集成電路
可拉伸電子能夠可逆地拉伸和釋放是自本世紀以來開發的一項重要且及其具有前景的電子技術。由于其具有優越的機械性能，可拉伸電子在可穿戴技術，醫療器械，智能皮膚以及人機交互等眾多傳統與新興領域具有巨大的技術優勢以及廣泛的應用需求。
通常，這些可拉伸電子不僅僅包括由各種可拉伸傳感器，還包括至關重要的集成電路以實現復雜的電路連接，接口和數據處理等等功能。制成可拉伸電子及集成電路的關鍵在于實現可拉伸電子材料，尤其是具有高載流子遷移率的可拉伸半導體材料。但實現這種材料以及基于其制成集成電子電路一直是材料和可拉伸電子領域長期存在的技術難題。
目前廣泛存在的電子材料，尤其半導體材料，從有機到無機，往往是脆性不可拉伸的，難以直接應用于可拉伸電子器件。目前主流解決方案是將不可拉伸的材料設計成特殊結構，例如褶皺、蛇形、彈簧、“孤島互連”等等，以此在拉伸、扭曲、彎曲時承受機械變形，消除機械應力而免遭破壞。但是這些方法也有工藝復雜、結構可靠性差、制作成本高的缺點，難以大規模應用于柔性可拉伸電子器件。
美國休斯敦大學(University of Houston)的余存江(Cunjiang Yu)教授課題組在該領域取得了突破性進展，2017年首次在Science子刊 Science Advances報道了橡膠半導體復合材料。這種橡膠半導體無需任何特殊的機械結構就能實現拉伸性能。他們開發了橡膠半導體、橡膠導體材料，并用這些材料制作成的全橡膠晶體管、各種傳感器以及機器人皮膚。然而，橡膠半導體的開發仍處于起步階段，它的載流子遷移率較低（場效應遷移率~1 cm2/v·s）。要用橡膠半導體真正實現可拉伸集成電路，必須有一種具有高載流子遷移率、器件性能均勻以及可大規模制造的可拉伸半導體。
展開 汽車用橡膠密封條性能要求，及拉伸強度測試誤差案例分析
性能測試案例
為什么TPE/TPV拉伸強度測試數據差異這么大？
最近有個客戶咨詢，采購的同一批TPE 的拉伸強度數據從7MPA，下降到了4MPA？根據國高材多年的實踐總結的經驗，拉伸強度測試數據的正確性，取決于以下幾個方面：
1. 拉力機器的正常，力傳感器不光是在某個點計量正常，而且需要整個線性正常。我們的拉力機就曾經碰到，在測試10mpa以下的強度時候，是正常的，超過10mpa以上，則偏低20%的情況。
2. 測試人員手法一致，比如試樣的厚度，因為熱塑性彈性體比較軟，測試厚度的時候，你壓緊一點，厚度就小，松一點，厚度就大，那厚度大，那測試的拉伸強度就偏小；還有夾具夾試樣的位置，如果越是夾的邊緣，則拉伸強度偏低；
3. 測試的環境，通常溫度高，則拉伸強度小，反之，則大；
4. 試樣的制作，這個最影響拉伸強度大小了，選擇不同的加工工藝（注塑或模壓）制作的試樣偶都不同。這次再從試樣質量波動的角度來談一下，為什么會造成這個結果？
（國高材分析測試中心壓片機）
4.1 熱塑性彈性體成型需要一定的溫度下，進行剪切流動，從而充滿型腔，冷卻成型，注塑工藝剪切力最大，流動最迅速，材料之間也進行了充分的混合，而模壓工藝成型，材料受到的剪切非常薄弱，流動也僅限于局部，材料之間沒有進行充分的融合。
4.2 由于橡膠加工和熱塑性彈性體的加工不同點，所以，一般是推薦使用注塑成型工藝來制作熱塑性彈性體的測試試樣。熱塑性彈性體模壓加工由于缺乏剪切流動，導致試樣塑化的差異性很大，所以并不能確保每次試樣是制作的完全一樣。尤其是當熱塑性彈性體材料流動性比較差的情況下，差異更明顯。
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 如何在ANSYS中擬合橡膠材料曲線？ 附Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型下載
STEP 3：從hyperelastic模型本構中拖動需要擬合的材料本構模型到材料中，此時可以在材料橡膠本構模型中發現curve fitting選項。
STEP 4：右鍵curve fitting，選擇solve curve fit，擬合好后，然后選擇copy calculated values to property，擬合參數便復制到定義的橡膠本構模型中了。另外，擬合的曲線和實驗曲線均會在圖片中顯示出來，可以對比其重合度，測試哪種本構更適合。
下載地址：Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型
如何在ANSYS中擬合橡膠材料曲線？ 附Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型下載
STEP 3：從hyperelastic模型本構中拖動需要擬合的材料本構模型到材料中，此時可以在材料橡膠本構模型中發現curve fitting選項。
STEP 4：右鍵curve fitting，選擇solve curve fit，擬合好后，然后選擇copy calculated values to property，擬合參數便復制到定義的橡膠本構模型中了。另外，擬合的曲線和實驗曲線均會在圖片中顯示出來，可以對比其重合度，測試哪種本構更適合。
下載地址：Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型
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。
微信公眾號：CAE_ANSYS
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如有項目合作歡迎聯系個人微信號 大龍貓：fwz0703 ，微信公眾號：CAE_ANSYS ，主要應用方向為ANSYS Workbench界面下的各個模塊的使用.
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)
- -THE END- -
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鋼材拉伸模擬程序
鋼材拉伸模擬.pdf
ANSYS workbench 橡膠密封圈分析案例 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習三維模型的繪制
2、學習接觸配合分析相關的材料參數設置
3、學習靜力學分析步的建立
4、學習螺栓預緊力的施加
5、學習壓力載荷的施加
6、學習查看接觸狀態結果
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 橡膠密封圈接觸分析。
本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件。
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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 ANSYS與ABAQUS比較之實例7---橡膠墊圈的受壓分析
本實例是ANSYS與ABAQUS比較之系列的第7個例子，該例子主要說明超彈性材料的受壓分析。
本篇1使用ABAQUS分析，下篇2將使用ANSYS進行分析
【問題描述】
一橡膠支座如下圖所示
下鋼板底面被豎直支撐，在上鋼板頂面上施加0.5MPa的壓力，要求對橡膠支座做壓縮仿真。
已知：鋼材的彈性模量206e3MPa,泊松比0.3；橡膠則有三組試驗數據：單軸拉伸，雙軸拉伸，平面剪切試驗數據如下
表1 單軸拉伸試驗數據
表2 雙軸拉伸試驗數據
表3 平面剪切試驗數據
橡膠支座的幾何尺寸均已知（該圖是通過支座旋轉軸的一個半切面）
【問題分析】
分析類型：靜力學分析
非線性考慮：因為有大變形，需要考慮幾何非線性；橡膠也鋼材緊密結合，節點共享，不需要考慮接觸問題；橡膠是典型的超彈性材料，要輸入試驗數據模擬應力-應變曲線。鋼材是線彈性。
幾何建模：軸對稱問題，只需要取出一個截面，由于結構上下對稱，再取該截面的一半建模，以減小計算量。
分析步：只需要一個分析步。
邊界條件：對于對稱面施加對稱邊界條件，在鋼材表面施加均布載荷。
網格劃分：使用四邊形雜交軸對稱單元CAX8H.
【求解過程】
1. 創建部件
根據上述尺寸創建草圖，創建一個軸對稱柔性部件，并分割為兩部分，結果如下圖。
2. 定義材料屬性
定義兩種材料屬性：鋼材和橡膠。
對于鋼材，只定義彈性模量和泊松比
對于橡膠，定義超彈性材料，確定對于應變勢能使用多項式，而該多項式是用試驗數據插值得到的。
對于試驗數據，分別輸入單軸，雙軸，平面試驗數據。
進行數據插值，獲取多項式的系數
3.
展開 改進的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench ￥3
改進的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench
本教程包括改進的緊湊拉伸試樣的逐步疲勞裂紋分析。
步驟 1：概述
這項工作的主要目的是提出混合模式載荷下線性彈性材料中裂紋擴展路徑的數值模型，以及研究在恒定幅值載荷條件下改進的緊湊拉伸試樣中孔洞的存在對疲勞裂紋擴展和疲勞壽命的影響。
ANSYS Mechanical（工作臺）利用 ANSYS 中的一項新功能即智能裂紋擴展技術，準確預測恒定幅值載荷條件下的裂紋擴展路徑和相關的疲勞壽命。
在線彈性斷裂力學 (LEFM) 假設下，采用巴黎定律模型評估具有不同 MCTS 配置的改進緊湊拉伸試樣 (MCTS) 的混合模式疲勞壽命。該方法涉及通過增量裂紋擴展分析準確評估應力強度因子 (SIF)、裂紋擴展路徑和疲勞壽命評估。
疲勞裂紋擴展結果表明，疲勞裂紋始終被孔吸引，因此要么它只能彎曲路徑并向孔擴展，要么它只能從孔中浮出并在孔消失后進一步擴展。就混合型載荷條件下裂紋擴展的軌跡而言，本研究的結果與文獻中發表的幾項裂紋擴展實驗的結果相一致，這些實驗顯示了類似的觀察結果。
本教程主要基于 Abdulnaser M. Alshoaibi 和 Yahya Ali Fageehi 的論文“線性彈性材料疲勞裂紋擴展路徑的數值分析和壽命預測”。
第 2 步：設置
在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態結構分析：
步驟3：工程數據（材料模型）
本教程選定的材料是“SAE 1020 碳鋼”。
材料模型由各向同性彈性、拉伸屈服強度、拉伸極限強度和巴黎定律參數（C 和 m）組成。
展開 基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實驗模擬
基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實驗模擬
作者：大龍貓 微信公眾號：CAE_ANSYS
拉伸斷裂實驗是測試材料的經典實驗，可以測量材料的應力應變曲線，測量材料的抗拉強度，作為經典的實驗如何獲取其模擬過程呢？仿真分析軟件AYSYS在默認的情況下，無論受力多大都不會被拉斷，其主要原因是算法的問題。
