ABAQUS橡膠疲勞
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-04-12
ABAQUS橡膠疲勞的視頻教程
橡膠疲勞計(jì)算課程（理論+實(shí)例操作）
通過(guò)本期課程您將學(xué)習(xí)到： 1、橡膠疲勞算法有哪些？計(jì)算原理是什么？為什么最好不要用金屬疲勞那一套連招？ 2、橡膠疲勞計(jì)算時(shí)，有限元模型設(shè)置應(yīng)該怎么做，要注意哪些事項(xiàng)？ 3、fesafe中橡膠疲勞參數(shù)有哪些？具體這些參數(shù)表示什么意義？該如何填寫？ 4、Abaqus-fesafe計(jì)算橡膠疲勞全流程設(shè)置細(xì)節(jié)
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Fesafe橡膠疲勞仿真案例講解
（1）從裂紋擴(kuò)展角度介紹了橡膠疲勞的基本理論 （2）橡膠疲勞拉伸Abaqsu-CAE建模及Fesafe疲勞仿真案例講解，Step by Step
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實(shí)際工程應(yīng)用的懸置橡膠的疲勞分析及損傷分析方法
橡膠襯套的疲勞分析操作（顯式分析方法） 橡膠疲勞和損傷的結(jié)果后處理 附件包含橡膠疲勞損傷處理EXCEL數(shù)據(jù)及工具以及分析所用的網(wǎng)格、材料參數(shù)等。
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ABAQUS橡膠疲勞的實(shí)例教程
采用一種修正的Kraus模型定量描述了橡膠材料動(dòng)態(tài)損耗模量隨溫度、載荷頻率和應(yīng)變幅值的變化規(guī)律。得到了生熱率與溫度、載荷頻率和應(yīng)變幅值的函數(shù)關(guān)系式。
利用依黏彈性理論得出的黏滯生熱率與溫度、載荷頻率和應(yīng)變幅值的函數(shù)關(guān)系式，編制了相應(yīng)的計(jì)算程序。建立了減振橡膠疲勞黏滯生熱的有限元分析方法。
通過(guò)將經(jīng)典疲勞模型中用作疲勞壽命預(yù)測(cè)指標(biāo)的最大主應(yīng)變替換為穩(wěn)態(tài)溫升，在冪律模型的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種方法來(lái)快速評(píng)估橡膠結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。
08
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源文件與操作步驟（沙漏試樣為例）
8.1分析流程
仿真分析主要包括三個(gè)環(huán)節(jié)：變形分析、熱源計(jì)算與熱分析。（1）在變形分析環(huán)節(jié)，對(duì)材料和減振元件施加設(shè)定的載荷歷史，采用超彈性本構(gòu)描述橡膠材料的力學(xué)行為，求解每個(gè)加載時(shí)刻有限元模型中各積分點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)；（2）在熱源計(jì)算環(huán)節(jié)，對(duì)應(yīng)每一加載時(shí)刻，將變形分析中對(duì)應(yīng)的載荷頻率、應(yīng)變狀態(tài)（動(dòng)態(tài)應(yīng)變幅值）以及熱分析中得到的溫度作為輸入變量，通過(guò)自編的Fortran語(yǔ)言子程序，計(jì)算得到各積分點(diǎn)的黏滯生熱率；（3）依已知的材料參數(shù)和問(wèn)題的熱邊界條件進(jìn)行Abaqus熱分析，得出溫度分布后再將溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)返回到自編子程序，對(duì)黏滯生熱強(qiáng)度和溫度場(chǎng)進(jìn)行迭代計(jì)算，從而得出橡膠材料和減振元件各位置的溫升歷程。
展開 計(jì)算無(wú)定形和應(yīng)變結(jié)晶橡膠中裂紋擴(kuò)展速率的模型
橡膠的疲勞特性可以繪制在Haigh圖中，但橡膠的等壽命曲線與金屬有很大不同。在金屬疲勞分析中，假設(shè)裂紋總是垂直于最大主應(yīng)力方向擴(kuò)展，而這對(duì)于橡膠來(lái)說(shuō)并不總是正確的，特別是在涉及應(yīng)變結(jié)晶和非松弛載荷的情況下。因此，對(duì)于橡膠疲勞分析，需要使用臨界平面分析方法[5]，通過(guò)計(jì)算材料單元在多個(gè)潛在疲勞開裂面上的疲勞壽命，找出其中具有最短壽命的裂紋平面，將其確定為最危險(xiǎn)的開裂面。
圖4顯示了疲勞壽命和臨界平面方向?qū)?yīng)變幅度和平均應(yīng)變的依賴性。為每對(duì)應(yīng)變振幅和平均應(yīng)變坐標(biāo)繪制一個(gè)球體，其上的顏色表示疲勞壽命，單位法向量表示臨界平面方向。可以看出，平均應(yīng)變和應(yīng)變幅值的不同組合可以產(chǎn)生一定范圍的裂紋平面取向。
圖4. 臨界平面分析包括整合每個(gè)可能裂紋方向的裂紋擴(kuò)展速率定律，并確定產(chǎn)生最短壽命的方向（圖4左）。Haigh圖（圖4右）中的每個(gè)點(diǎn)都與其自身的臨界平面方向相關(guān)聯(lián)。
天然橡膠（NR）和丁苯橡膠（SBR）的Haigh圖如圖5所示。在這些圖像中，紅色表示疲勞壽命短，藍(lán)色表示疲勞壽命長(zhǎng)。對(duì)于天然橡膠（圖5左），Haigh圖的長(zhǎng)壽命區(qū)域呈現(xiàn)出顯著的圓頂狀形狀，表明在應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶的影響下平均應(yīng)變對(duì)提高壽命的有益效果。相反，SBR的疲勞壽命總是隨著平均應(yīng)變的增加而降低。即使如此，SBR的Haigh圖具有與材料的超彈性相關(guān)的非線性特征，這也不同于金屬。
圖5. 為NR（左）和SBR（右）橡膠計(jì)算的圖表。
需要注意的是，橡膠中的應(yīng)變結(jié)晶效應(yīng)與溫度相關(guān)。在較冷的溫度下，這種影響較強(qiáng)，而在較高溫度下，這種影響較弱。圖6比較了三種不同溫度下結(jié)晶橡膠的實(shí)驗(yàn)Haigh圖[6]（頂部）和計(jì)算結(jié)果（底部）。
圖6.
展開 橡膠的動(dòng)態(tài)疲勞
動(dòng)態(tài)疲勞性能是橡膠特有的重要力學(xué)性質(zhì)。它對(duì)橡膠制品的實(shí)際使用,有重要的意義。在動(dòng)態(tài)條件下工作的橡膠制品,如輪胎、防震制品等,主要是利用它優(yōu)越的動(dòng)態(tài)力橡膠制品長(zhǎng)期在動(dòng)態(tài)下工作,將逐漸加深動(dòng)態(tài)疲勞,以致發(fā)生破壞,這種破壞稱之疲勞破壞。延長(zhǎng)橡膠制品動(dòng)態(tài)下的使用壽命,即提高耐疲勞性能,是個(gè)重要的研究課題。橡膠制品耐疲勞性能與橡膠性質(zhì)、配方、和疲勞條件(周期形變類型、形變頻率、形變率、形變力和溫度等)有密切關(guān)系。
橡膠動(dòng)態(tài)疲勞的力化學(xué)
在周期力作用下,未填充的線構(gòu)或網(wǎng)構(gòu)橡膠,它們的分子結(jié)構(gòu)或網(wǎng)構(gòu)狀態(tài),發(fā)生顯著的變化以致破壞。這是由于疲勞過(guò)程,大分子或網(wǎng)構(gòu)發(fā)生斷裂破壞,重排以及再結(jié)合等過(guò)程,導(dǎo)致了橡膠結(jié)構(gòu)的不均勻狀態(tài)。這種狀態(tài)更促使橡膠結(jié)構(gòu)微區(qū)中的應(yīng)力分布愈趨不均化。特別是由于橡膠的粘彈性質(zhì),周期形變時(shí),應(yīng)力松弛來(lái)不及充分進(jìn)行。這些因素使橡膠結(jié)構(gòu)中總是保持一定的應(yīng)力梯度,在多次形變下,橡膠結(jié)構(gòu)將逐漸遭到破壞。
大分子鏈或網(wǎng)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞,結(jié)果生成了大分子鏈段自由基,由于鏈段自由基又可引起一系列橡膠的力化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,導(dǎo)致了橡膠進(jìn)一步的疲勞破壞。鏈段自由基與氧反應(yīng)，引發(fā)了橡膠的氧化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，橡膠在周期力的作用下，降低了氧化活化能，加速了氧化作用。如周期力形變振幅50％，形變頻率250周/分時(shí)，氧化活化能為18.1千卡/克分子，未經(jīng)應(yīng)力活化的，氧化活化能為21.0千卡/克分子，兩者的差值便是機(jī)械能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的結(jié)果。這是因?yàn)闄C(jī)械力使橡膠大分子繼中的鍵角、鍵長(zhǎng)發(fā)生形變，致使降低了氧化活化能。
機(jī)械疲勞強(qiáng)度，直接影響了生成自由基的濃度和氧化速度，這可以從防老劑的消耗速度得到說(shuō)明。橡膠在不同老化條件下老化過(guò)程中防老劑的消耗速度是不同的。
展開 2、基于ABAQUS的橡膠襯套應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算
基于ABAQUS軟件，選擇合適的橡膠本構(gòu)模型，就可以進(jìn)行橡膠襯套的應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算。橡膠襯套因?yàn)橐ＷC整車的NVH性能，一般運(yùn)動(dòng)行程都很大，因而襯套的應(yīng)變極大，應(yīng)力應(yīng)變非線性計(jì)算時(shí)，容易不收斂，無(wú)法進(jìn)行下一步的疲勞計(jì)算。通過(guò)調(diào)整有限元模型，增加收斂控制系數(shù)，提高沙漏剛度等手段，可以得到收斂結(jié)果。
3、橡膠材料疲勞參數(shù)的獲得
橡膠裂紋擴(kuò)展法，主要研究預(yù)先存在于結(jié)構(gòu)中的初始微小裂紋在各種使用環(huán)境下，擴(kuò)展到臨界尺寸的循環(huán)次數(shù)。橡膠零件的壽命絕大多數(shù)取決于小裂紋的生長(zhǎng)。通過(guò)一系列疲勞試驗(yàn)，可以獲得橡膠裂紋擴(kuò)展率與能量釋放率之間的關(guān)系，組成裂紋擴(kuò)展參數(shù)模型。
展開 橡膠件疲勞分析概述
在橡膠件CAE仿真分析中，通常需要進(jìn)行橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析，但如何進(jìn)行橡膠疲勞壽命的分析當(dāng)前仍然是困擾行業(yè)的難題。
Marc軟件在橡膠、密封行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，針對(duì)橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)：
? 通過(guò)Mullins效應(yīng)進(jìn)行橡膠件的損傷分析，當(dāng)損傷到達(dá)1時(shí)，認(rèn)為橡膠出現(xiàn)開裂，但是在實(shí)際仿真計(jì)算中需要進(jìn)行大量的分析計(jì)算，工作量巨大。
? 通過(guò)彈性體疲勞壽命損傷理論來(lái)進(jìn)行疲勞壽命分析。其基本思想和傳統(tǒng)的金屬疲勞的一致，且仿真計(jì)算工作量很小，適合在工程計(jì)算中應(yīng)用。
下面，我們將介紹如何采用彈性體疲勞壽命損傷理論來(lái)進(jìn)行疲勞壽命分析。
彈性橡膠體的疲勞理論介紹
根據(jù)彈性體疲勞理論，彈性體的壽命和其對(duì)數(shù)應(yīng)變和格林應(yīng)變存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就是Woehler公式，其形式如下：
上述公式中，為彈性體破壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)，為其對(duì)應(yīng)的最大對(duì)數(shù)應(yīng)變和格林應(yīng)變。A和n為需要擬合的參數(shù)。其曲線的擬合形式如下圖所示。
然后通過(guò)雨流計(jì)數(shù)法則進(jìn)行變幅損傷累積疊加，如下表達(dá)式。當(dāng)D<1認(rèn)為彈性體沒(méi)有發(fā)生破壞，當(dāng)D≥1認(rèn)為彈性體發(fā)生破壞。
在實(shí)際的計(jì)算中，只需計(jì)算一個(gè)周期的載荷循環(huán)，就可以進(jìn)行彈性體壽命的預(yù)測(cè)。下面將介紹如何在Marc中進(jìn)行彈性體疲勞壽命的擬合。
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ABAQUS橡膠疲勞的最新內(nèi)容
橡膠疲勞仿真中的三大挑戰(zhàn)與解決思路1個(gè)月前
在工程實(shí)踐中，橡膠部件的疲勞壽命預(yù)測(cè)常常面臨諸多挑戰(zhàn)。與金屬材料相比，橡膠表現(xiàn)出獨(dú)特的力學(xué)行為和失效機(jī)理，這使得傳統(tǒng)的疲勞分析方法往往難以直接應(yīng)用。基于我們此前的系列研究，現(xiàn)將橡膠疲勞仿真中的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題重新梳理，為工程實(shí)踐提供參考。
挑戰(zhàn)一
平均應(yīng)力效應(yīng)的準(zhǔn)確評(píng)估
01
PART
在金屬疲勞分析中，拉伸平均應(yīng)力通常會(huì)對(duì)材料壽命產(chǎn)生不利影響
在橡膠制品的設(shè)計(jì)與開發(fā)過(guò)程中，能否在產(chǎn)品試制前準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其疲勞壽命，是衡量研發(fā)水平的重要標(biāo)志。Endurica作為一款在全球范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)廣泛驗(yàn)證的橡膠疲勞壽命仿真工具，已成為多家頭部輪胎與橡膠企業(yè)研發(fā)體系中的關(guān)鍵組成部分。
引入Endurica不僅是為團(tuán)隊(duì)增添一款軟件，更是構(gòu)建一項(xiàng)可持續(xù)的工程能力。為確保該工具能夠順利落地并快速發(fā)揮價(jià)值，建議遵循專業(yè)、規(guī)范的獲取與啟動(dòng)流程。
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ABAQUS能進(jìn)行疲勞試驗(yàn)?zāi)M嗎6個(gè)月前
可以使用Python腳本或者用戶子程序模擬疲勞試驗(yàn)，獲取應(yīng)力-壽命數(shù)據(jù)嗎
履帶鏗鏘，科技守護(hù)：大閱兵背后的橡膠疲勞仿真分析工作者8個(gè)月前
9月3日，天安門廣場(chǎng)上將再次迎來(lái)莊嚴(yán)的閱兵儀式。當(dāng)一輛輛戰(zhàn)車以整齊劃一的隊(duì)形駛過(guò)長(zhǎng)安街，我們看到的不僅是國(guó)家強(qiáng)大的國(guó)防力量，更是一代代科技工作者默默耕耘的成果。
在這些鋼鐵巨獸的背后，有許多不為人知的技術(shù)難題需要攻克。其中，坦克履帶的橡膠掛膠疲勞問(wèn)題，就是影響裝備可靠性的關(guān)鍵因素之一。
技術(shù)突破：從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用
美軍M1A1主戰(zhàn)坦克曾面臨同樣的難題——履帶掛膠在復(fù)雜工況下容易出現(xiàn)疲勞開裂
橡膠和金屬的力學(xué)行為有非常大的差異，我們首先可以從平均應(yīng)變或應(yīng)力對(duì)材料疲勞性能影響的角度來(lái)分析這種差異。
圖1顯示了幾個(gè)典型的等幅應(yīng)變循環(huán)，每個(gè)循環(huán)都處于不同的平均應(yīng)變水平。在循環(huán)疲勞試驗(yàn)中，如果施加的應(yīng)力幅度等于平均應(yīng)力，我們把這種情況稱為脈沖載荷循環(huán)或全松弛載荷循環(huán)。如果平均應(yīng)力為零，我們把這種情況稱為完全反轉(zhuǎn)的拉伸/壓縮加載循環(huán)。如果最小應(yīng)力總是正的，則稱為非全松弛載荷循環(huán)（即試樣總是處于加載狀態(tài)
<div contenteditable="false" width="100%">2024 年 8 月出版</div><div contenteditable="false" width="100%">MP4 |視頻：h264、1280×720 |音頻：AAC，44.1 KHz，2</div><div contenteditable="false" width="100%">通道 類型：在線學(xué)習(xí)
在工程領(lǐng)域中，結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性是至關(guān)重要的考量因素。而 Abaqus 作為一款強(qiáng)大的有限元分析軟件，在處理疲勞分析和擴(kuò)展有限元法（XFEM）方面有著卓越的表現(xiàn)。
一、Abaqus 中的疲勞分析
疲勞是指材料在循環(huán)載荷作用下，經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的循環(huán)后
01Mullins效應(yīng)
? 通過(guò)Mullins效應(yīng)進(jìn)行橡膠件的損傷分析，當(dāng)損傷到達(dá)1時(shí)，認(rèn)為橡膠出現(xiàn)開裂，但是在實(shí)際仿真計(jì)算中需要進(jìn)行大量的分析計(jì)算，工作量巨大。
02彈性體疲勞壽命損傷理論
?通過(guò)彈性體疲勞壽命損傷理論來(lái)進(jìn)行疲勞壽命分析，基本思想和傳統(tǒng)的金屬疲勞的一致，仿真計(jì)算工作量很小，適合在工程計(jì)算中應(yīng)用。
03基于開裂能量密度
? 通過(guò)開裂能量密度的方法進(jìn)行疲勞壽命的計(jì)算
在橡膠件CAE仿真分析中，橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析相對(duì)容易，但是如何進(jìn)行橡膠疲勞壽命的分析當(dāng)前還是困擾工程師的一個(gè)難題。
Marc在橡膠、密封行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，針對(duì)橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)：
01 Mullins效應(yīng)
? 通過(guò)Mullins效應(yīng)進(jìn)行橡膠件的損傷分析，當(dāng)損傷到達(dá)1時(shí)，認(rèn)為橡膠出現(xiàn)開裂，但是在實(shí)際仿真計(jì)算中需要進(jìn)行大量的分析計(jì)算
