橡膠材料工程的案例
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 1：選擇材料庫中hyperelastic experiment data 選擇要輸入的材料曲線類型，例如單軸測試數據、雙軸測試數據、剪切測試數據。可只輸入一種或者兩種，或者三種都輸入。數據越多，擬合數據材料性能越接近實驗材料性能，當然也和仿真關注的材料行為有關。
STEP 2：在材料曲線表格里輸入或者直接粘貼材料曲線數據，注意是工程材料曲線。
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
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 1：選擇材料庫中hyperelastic experiment data 選擇要輸入的材料曲線類型，例如單軸測試數據、雙軸測試數據、剪切測試數據。可只輸入一種或者兩種，或者三種都輸入。數據越多，擬合數據材料性能越接近實驗材料性能，當然也和仿真關注的材料行為有關。
STEP 2：在材料曲線表格里輸入或者直接粘貼材料曲線數據，注意是工程材料曲線。
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。
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展開 怎樣在Abaqus中定義橡膠等超彈性材料？橡膠產品仿真分析怎么做？
超彈性材料如橡膠等在工業、建筑和國防中隔震、絕緣等方面具有廣泛應用，如汽車懸置、艦船、航天器隔振器等。
橡膠材料的應力-應變行為是彈性的，它們能承受100%的大變形而不產生塑性變形和斷裂，但是具有高度的非線性，在大變形時應力陡然上升。這種材料行為稱為超彈性（hyperelasticity）。
橡膠本構關系非常復雜。在大量的實驗數據的基礎上，人們建立起來很多理論模型來描述橡膠的力學特征。Abaqus有限元軟件在分析橡膠等超彈性材料具有顯著優勢，為用戶提供了多種橡膠材料的本構模型，用戶可以根據實驗數據和材料的力學行為特征做出選擇。通過擬合實驗數據，確定所選本構方程中的系數，這些過程在程序中可自動完成。
由于超彈性體的特殊性質，基于楊氏模量和泊松比所建立的本構模型不再滿足對大變形行為的描述，我們用應變勢能（strain energy/potential）來表達超彈性材料的應力-應變關系。
展開 基于ABAQUS超彈性材料橡膠襯套的剛度計算 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用于各個工程領域的減振制品中。對于一些結構簡單的橡膠制品，我們可以基于一些理論推導或工程經驗算法在設計初期來獲取其靜剛度特性。但由于橡膠具有非線性粘彈性與超彈性，這種理論計算結果往往與試驗存在一定誤差，并且這種誤差在一般情況下是不可以忽略不計的，其具有一定的工業應用價值。
為減小誤差或實現零誤差的前期預測，我們引入了有限元仿真分析技術，其可以通過控制模型參數與網格質量實現較小誤差的預測計算。其價值也在各個行業實際的生產中得到了很好的驗證。本文基于減振襯套簡單講訴一下基于ABAQUS軟件的橡膠制品靜剛度仿真分析過程。
仿真分析過程可分為三個大過程：前處理、求解計算和后處理。本文基于ABAQUS軟件設定的分析步驟，不再重點區分分析的三個過程，將操作過程拆分為：部件、屬性、裝配、分析步與輸出設置、相互作用、網格、加載、作業提交與監管以及計算結果的可視化處理九個模塊，下面講訴橡膠襯套靜剛度仿真分析過程。
一、部件
由于本文主旨是為介紹橡膠剛度仿真的過程，所以選用了結構較為簡單的橡膠襯套為例，直接借助ABAQUS軟件的部件模塊常見如圖1所示的幾何模型。
圖1、幾何模型結構圖
二、屬性
為了使仿真結果更接近與實驗值或真實值，除了需要一個適合的仿真求解器和一個高質量的網格文件，更需要選擇一個合適的橡膠本構模型，在ABAQUS軟件中內置了許多相對成熟的橡膠本構模型（如圖2所示），我們可以通過指定相關的系數來實現本構模型的定義,當然我們還可以直接提交我們的試驗數據，交由ABAQUS軟件進行擬合，得出相對精準的參數。
展開 
Abaqus在橡膠密封墊設計中的工程化應用
發動機的“三漏”問題，已日益成為影響發動機性能、可靠性、使用周期等的重點關注對象，因此發動機各密封材料的密封性能和可靠的連接方法是減少甚至消除這類問題的關鍵，對密封件的研究已經成為目前發動機設計中的一個重要組成部分。
一般而言，密封結構的裝配關系及幾何形狀比較復雜,其中的橡膠密封元件,具有非線性本構關系。它會導致結構受力變得復雜,承載后會出現大位移、大應變。因此，傳統的設計方法, 在實驗之前不能預先地對密封結構的性能進行評價,只能依賴于設計者的經驗,這顯然已經不能滿足現代精確設計的要求。本文針對某發動機開發中橡膠密封墊密封問題，利用大型有限元分析軟件Abaqus，建立有限元分析模型，驗證了該橡膠密封墊的失效原因，校核了優化方案的密封性能，為橡膠密封墊密封問題提供了理論依據，使問題得到了解決。
1.理論基礎
Abaqus作為國際上最先進的大型通用有限元
計算分析軟件之一，可以進行結構的靜態和動態分析，具有豐富的單元模式，可以模擬廣泛的材料性能，使工程分析和優化設計更快更好，在本案例中的計算分析得到了令人滿意的結果。
1.1 分析模型的簡化
在工程實踐中，常存在這一樣類彈性力學問題具有如下特征：
（1）物體是柱體，且軸向尺寸比橫截面尺寸大很多；
（2）所有外力（體積力和表面力）都平行于橫截面作用，且沿軸向保持不變。
任取一個垂直于軸向（z方向）的橫截面，若軸向無限長，則該橫截面為對稱面，3個位移都應相對它對稱。因此，可以推斷位移分量應是：ux=ux(x,y),uy=uy(x,y),uz=0。由幾何方程可得，平面內應變分量εx、εy、γxy≠0且僅為xy的函數；平面外應變分量εx=γxz=γyz=0。可見變形僅發生在與橫截面平行的平面內，因此這類問題稱之為平面應變問題。
展開 浙江大學鄭強、宋義虎教授課題組：液體橡膠對炭黑/異戊橡膠納米復合材料應變軟化行為的影響
炭黑(CB)在補強橡膠的同時也顯著增強滯后生熱性。橡膠補強與滯后性之間的矛盾，長期以來難以解決。
浙江大學高分子科學與工程學系鄭強、宋義虎教授
課題組，在相同CB含量和相近橡膠交聯密度情況下，LR的引入可延緩LR應變誘導結晶行為，在幾乎不影響單軸拉伸力學行為(圖1)的前提下顯著降低循環拉伸(圖2)力學滯后能(Eh)和滯后能/應變能比(
E
h/
E
，
圖3)，為高補強低滯后性橡膠納米復合材料結構調控與加工技術的開發提供了新思路。
圖1 IR/LR硫化膠納米復合材料單軸拉伸應力-應變關系曲線. Cail編號IR/xLR-yCB-Vz，其中x、y、z分別代表LR/IR比、CB含量(phr)和交聯密度(mol/m3)
圖2 IR/LR硫化膠納米復合材料單軸循環拉伸曲線
圖3
IR/LR硫化膠納米復合材料應變能E (a)，滯后能E
h
(b)，E
h
/E (c)隨預應變的變化
該論文即將于Chinese Journalof Polymer Science出版，侯豐儀博士研究生是第一作者，宋義虎教授為通訊作者。該項工作得到國家自然科學基金(基金號 U1908221,51873190、51873190和51790503)和中央高校科研基金(基金號2020XZZX002-08)的資助。
原文鏈接：
http://www.cjps.org./article/doi/10.1007/s10118-021-2550-y?
展開 【材料知識】橡膠材料種類及性能參數大匯總---速看速收藏
固態膠通常與丁睛橡膠并用制造燃油系統的密封零件、膠管和膜片。使用溫度范圍-50～100℃，短時間可達130℃。液態膠通常用于配制密封劑。
1.11 氯醇橡膠
為環氧氯丙烷烴聚合物（CO），或環氧氯丙烷與環氧乙烷的二元共聚物（ECO），或加有第三單體（環氧丙烷）的三元共聚物。具有耐油、耐臭氧性能，耐熱性比膠好，透氣性小。適于制作密封墊圈和膜片。
1.12丙烯酸酯橡膠（ACM）
丙烯酸酯橡膠（ACM）是國際上發展起來的一種新型特種橡膠，具有優異的耐熱、耐油、耐寒、耐臭氧等性能。根據需要，可與氟橡膠，丁睛橡膠，氯磺化聚乙烯、三元乙丙橡膠等并用，從而獲得耐高溫、耐油性能。廣泛用于汽車、軍事裝備的高溫油封材料、容器管道襯里膠粘劑及建筑物密封膠，隔音和減震制品特種電線電纜的外層護套等。
1.13 硅橡膠
為聚硅氧烷。通常有二甲基硅橡膠（MQ），甲基乙烯基硅橡膠（MVQ），甲基苯基硅橡膠（MPQ），甲基苯基乙烯基硅橡膠（MPVQ）等。硅橡膠具有極佳的耐熱、耐寒、耐老化性能，絕緣電阻、介電特性優異，導熱性好，但強度和抗撕裂性較差，不耐油，價格較貴。一般適于制作密封圈、密封型材、氧氣波紋管、膜片、減震器、絕緣材料、隔熱海綿膠板。使用溫度范圍-70～280℃。
1.14 氟橡膠（FPM）
常用的有氟橡膠—26、氟橡膠—246，前者為偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，后者為偏氟乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物。氟橡膠具有突出的耐熱、耐油、耐酸、堿性能，老化性能及電絕緣性能優良，難燃，透氣性小。但低溫性能較差。一般使用溫度范圍-40～250℃，短時間可達300℃。適于制作各種要求耐熱、耐油的密封零件、膠管、膠布和油箱，但價格較貴。
1.15 氟硅橡膠（MFQ）
為含有氟代烷基的聚硅氧烷。
展開 直播課程 | ?Marc在橡膠件的工程應用
01/直播主題&時間
Marc在橡膠件的工程應用
12月16日（星期三）14:00~15:00
02/您所期待的內容
如何采用強大的非線性軟件進行橡膠件的性能分析，實現正確的部件設計？
生物基材料在汽車領域全面崛起！PLA纖維、復合材料、尼龍，橡膠、植物皮革
5.生物基橡膠
目前無論是合成橡膠還是天然橡膠，都面臨著資源不足的難題。合成橡膠以石油等化石資源為原料，在能源、資源與環境都受到嚴重挑戰的今天，以大量不可再生的能源、資源消耗為代價的現代合成橡膠工業，正面臨著嚴峻的考驗。
在合成橡膠方面，歐美發達國家注重傳統橡膠合成單體的生物基化，比如美國固特異(Goodyear)公司利用糖源開發生物基異戊二烯，進而合成出生物基異戊橡膠，最終制備出生物基異戊橡膠輪胎；阿朗新科利用甘蔗渣開發出生物基乙烯，與石油基丙烯共聚合，合成生物基三元乙丙橡膠，其中的生物基原料比例可達70%。
這不僅僅是關于汽車本身是由什么制成的：它所處的位置也會對可持續性產生影響。因此，人們一直在努力提高輪胎的可持續性。米其林一直在 Moto E 自行車錦標賽中試用一種輪胎，該輪胎由 40% 的再生生物基材料制成。未來，這可能會更進一步。
文章來源：TK生物基材料
免責聲明：本文系網絡轉載，版權歸原作者所有。如涉及版權，請聯系刪除！
展開 Abaqus模擬橡膠材料
參考文獻：《ABAQUS工程實例詳解》-江丙云
文章來源：軟件資料助手
ABAQUS-橡膠材料建模
這篇文章，我們介紹ABAQUS關于橡膠材料模型的建模方法。
橡膠材料(如熱塑性塑料)主要用于輪胎、消費品、醫療或密封等工業領域的解決方案，但橡膠也存在于許多其他工程領域。今天，我將介紹ABAQUS在密封領域中橡膠模擬的應用，以顯示它高效強大的橡膠建模能力。
在密封領域的設計階段使用仿真手段為解決方案提供指導正在成為一個必要的步驟，可以幫助識別和更好地了解產品的行為。Trelleborg、Parker、Eriks、Lagersmit等密封領域的老牌公司已經使用SIMULIA的ABAQUS有限元分析(FEA)進行了很多應用研究，以幫助它們在開發/測試階段獲得更好的結果。在許多情況下，由于其復雜的幾何形狀和材料特性，在進行實際測試之前，尚不清楚產品的性能。這樣，從實驗中也只能獲得有限的信息，而從數值模擬中可以研究數百個變量，并且可以預測其行為，而不需要付出很大的代價。
建立準確的材料模型
超彈性
在任何有限元分析中，最重要的事情之一就是要對材料有一個很好的描述。橡膠是超彈性材料，他們可以承受很大的變形，而不發生塑性應變。ABAQUS有幾種超彈性材料模型，可以捕捉大多數商業橡膠的響應。描述模型的參數可以很容易地與實驗數據進行擬合和對比。例如，您可以進行拉伸測試，然后在ABAQUS中使用該測試數據作為輸入。內部通過數值擬合自動獲得參數。ABAQUS支持四種實驗：單軸拉伸、等軸拉伸、剪切和體積試驗。
粘彈性
橡膠材料中另一個非常重要的特性叫做粘彈性。隨著時間的推移，材料的行為方式并不相同，而是與歷史有關；隨著時間的推移，聚合物鏈可以相對滑動。在這種情況下，應該提到兩個非常重要的概念：蠕變和應力松弛。蠕變是指在施加恒定的載荷，變形隨著時間的推移而增大，直到達到平衡為止。應力松弛是指施加恒定變形，產生的反作用力隨著時間的推移而下降，直到，再次達到平衡。
展開 
Abaqus-橡膠材料的Mullins效應
Mullins效應模型：
旨在模擬填充橡膠彈性體在準靜態循環加載下的應力軟化現象；
是對各向同性超彈性模型的擴展；
基于不可壓縮各向同性彈性理論，并通過增加一個稱為損傷變量的單一變量進行修改；
假設只有材料響應的偏量部分與損傷有關；
旨在模擬材料響應的情況，在該情況下，模型的不同部分經歷不同程度的損傷，從而導致不同的材料響應；
當與粘彈性結合使用時，適用于長期模量；并且
不能與滯回現象一起使用；
Mullins效應可應用于Standard和Explicit，同樣可應用于彈性泡沫材料模型。
材料行為
填充橡膠彈性體在循環加載條件下的真實行為非常復雜。為了建模目的，已經進行了某些簡化。實質上，這些簡化使材料行為具有兩個主要組成部分：第一個組成部分描述了材料點（從未變形狀態）在單調應變下的響應，第二個組成部分與損傷有關，并描述了卸載-重新加載行為。理想化的響應和這兩個組成部分在以下各節中進行描述。
理想化的材料行為
當將彈性測試標樣從其原始狀態開始受到簡單拉伸，然后卸載，再重新加載時，重新加載原來的最大應變所需的應力小于初始加載時的應力，這種應力軟化現象稱為Mullins效應，反映了在先前加載過程中遭受的損傷。這種類型的材料響應在圖1中以定量方式描述。
圖1 理想材料模型的Mullins效應
圖1和相關描述是基于Ogden和Roxburgh（1999）的研究工作，這構成了在Abaqus中實現的Mullins效應模型的基礎。考慮未受應力的材料的主要加載路徑a b b′，其中加載到任意點b′。再從b′的卸載時，路徑b′B a隨之而來。當再次加載時，軟化路徑會被追溯，如a B b'。
展開 廢橡膠粉在道路工程中的應用研究和發展
2005 年, 長沙理工大學查旭東教授根據半剛性基層瀝青路面各結構層之間由于施工的不連續性及材料性質的差別等問題, 在計算半剛性基層瀝青路面基面層間不同結合狀態下的應力和彎沉變化情況, 分析基面層間結合狀態對路面結構使用性能影響的基礎上, 提出通過在基面層間設置廢橡膠粉改性瀝青作為粘結層以改善層間的結合狀態, 并進行了大量的室內外粘層試驗, 包括原材料性能試驗, 室內直接剪切試驗、直接拉伸試驗, 現場拉拔試驗、防水試驗; 通過試驗, 確定了不同粘層方案的最佳廢橡膠粉摻量和灑布用量; 同時, 結合衡大高速公路建設工程試驗路的修筑, 廢橡膠粉改性瀝青生產和粘結層施工工藝進行了總結。試驗路等: 葉集至信陽高速公路綠化現狀淺析土, 創造良好的生態群落前提下, 追求景觀效果, 力求做到生態性與觀賞性的有機結合。經過幾年的運行檢驗和2008年年初的冰雪災害考驗, 路況穩定, 使用效果好。
4.有待解決的問題
廢橡膠粉改性瀝青和廢橡膠粉改性瀝青混合料是眾多路面材料中的一種或一類, 其技術性能的優勢是有目共睹的。合理的使用這種材料不僅有利于環保, 而且對改善路用性能, 延長使用壽命起到積極的作用。為了更廣泛地推廣這項技術, 至少需要做以下2個方面的工作:
1) 盡快制定有關的技術標準。其中包括: 路用廢橡膠粉的技術指標, 廢橡膠粉改性瀝青混合料的技術標準。廢橡膠粉作為基本原材料, 其質量的穩定關系到廢橡膠粉在公路行業應用的前景。實踐表明, 原材料的質量規范化不僅對公路質量起著重要作用, 而且對其未來的市場發展有著關鍵影響。廢橡膠粉來源于廢舊輪胎, 而輪胎的種類、配方比較多, 因此也就決定了廢橡膠粉的成分比較復雜, 對瀝青及混合料的路用性能影響也不盡相同。因此需要從技術和經濟兩方面的綜合評價確定適用于道路工程的再生橡膠粉的技術指標。
展開 Abaqus-橡膠材料的Mullins效應
Mullins效應模型：
旨在模擬填充橡膠彈性體在準靜態循環加載下的應力軟化現象；
是對各向同性超彈性模型的擴展；
基于不可壓縮各向同性彈性理論，并通過增加一個稱為損傷變量的單一變量進行修改；
假設只有材料響應的偏量部分與損傷有關；
旨在模擬材料響應的情況，在該情況下，模型的不同部分經歷不同程度的損傷，從而導致不同的材料響應；
當與粘彈性結合使用時，適用于長期模量；并且
不能與滯回現象一起使用；
Mullins效應可應用于Standard和Explicit，同樣可應用于彈性泡沫材料模型。
材料行為
填充橡膠彈性體在循環加載條件下的真實行為非常復雜。為了建模目的，已經進行了某些簡化。實質上，這些簡化使材料行為具有兩個主要組成部分：第一個組成部分描述了材料點（從未變形狀態）在單調應變下的響應，第二個組成部分與損傷有關，并描述了卸載-重新加載行為。理想化的響應和這兩個組成部分在以下各節中進行描述。
理想化的材料行為
當將彈性測試標樣從其原始狀態開始受到簡單拉伸，然后卸載，再重新加載時，重新加載原來的最大應變所需的應力小于初始加載時的應力，這種應力軟化現象稱為Mullins效應，反映了在先前加載過程中遭受的損傷。這種類型的材料響應在圖1中以定量方式描述。
圖1 理想材料模型的Mullins效應
圖1和相關描述是基于Ogden和Roxburgh（1999）的研究工作，這構成了在Abaqus中實現的Mullins效應模型的基礎。考慮未受應力的材料的主要加載路徑a b b′，其中加載到任意點b′。再從b′的卸載時，路徑b′B a隨之而來。當再次加載時，軟化路徑會被追溯，如a B b'。
展開 關于橡膠材料性能清單
7、靜剛度4kg/mm應該對應橡膠邵氏硬度多少度：靜剛度是對產品成品的整體彈性特新來說的，每壓縮1毫米需要4公斤力，和產品截面和高度都相關聯，而邵氏硬度是描述橡膠材料本身軟硬程度的一個測量表述值，如果產品結構確定了，那么可以調整橡膠硬度來滿足4Kg/mm，反之如果確定了使用什么硬度的材料，那么可以調整產品的結構尺寸來達到靜剛度規定值，顯然，把這個試驗調試交給橡膠生產廠來做更方便，設計使用方只需要靜剛度結果進行驗收。一般設計時用邵氏A60度值時的彈性模量來做設計計算，出現不大的偏差由生產來調整。可以向橡膠生產廠索要直徑10毫米高10毫米的試粒樣品來自行測定該硬度橡膠的彈性模量
8、減震橡膠的作用:代替金屬彈簧起到消振,吸振作用.其主要的性能要求在靜剛度、動剛度、耐久性能上。
減震橡膠的特點:(與金屬彈簧相比膠) ；
①橡膠是由多種材料相組合而成,同一種形狀通過材料調整可以擁有不同的性能.；
②橡膠內部分子之間的摩擦使它擁有一定的阻尼性能,即運動的滯后性(受力過程中橡膠的變形滯后于橡膠的應力).；
③橡膠在壓縮、剪切、拉伸過程中都會產生不同的彈性系數。
轉自CAE技術聯盟微信平臺
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