松弛仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-01-10
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由于橡膠材料具有超彈性能，當(dāng)受到較大外載時(shí)，表現(xiàn)出高度非線性的特性，往往使得密封圈的精確仿真求解十分困難。
ABAQUS 是一套功能強(qiáng)大的工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對(duì)簡單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問題。ABAQUS 包括一個(gè)豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫。并擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質(zhì)材料，作為通用的模擬工具， ABAQUS 除了能解決大量結(jié)構(gòu)（應(yīng)力/位移）問題，還可以模擬其他工程領(lǐng)域的許多問題，例如熱傳導(dǎo)、質(zhì)量擴(kuò)散、熱電耦合分析、聲學(xué)分析、巖土力學(xué)分析（流體滲透 / 應(yīng)力耦合分析）及壓電介質(zhì)分析。
橡膠密封墊的密封性常用表面接觸應(yīng)力大小來表示，其力學(xué)行為常用超彈性本構(gòu)模型來描述，同時(shí)橡膠具有黏彈性特性，在長期受壓狀態(tài)下，會(huì)出現(xiàn)力學(xué)松弛現(xiàn)象。
本篇文章展示ABAQUS軟件在仿真橡膠墊的超彈性變形行為及應(yīng)力松弛現(xiàn)象的功能，應(yīng)力釋放模型采用應(yīng)力釋放實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，超彈性模型為Mooney-Rivlin超彈性力學(xué)模型：
在軟件進(jìn)行模型裝配，裝配后如圖1所示。先對(duì)上模具施加位移，待橡膠密封墊片獲得一定應(yīng)力場后再仿真應(yīng)力釋放過程，分別采用靜力隱身和粘性分析步，然后設(shè)置場變量和歷史變量輸出，分別如圖2和圖3所示。
圖1 模型裝配圖
圖2 變量輸出
圖3 歷史變量輸出
定義上下模具與橡膠密封墊，摩擦系數(shù)為0.16，定義好之后如圖4所示。
展開 <p>1、目的：以一個(gè)簡單模型為例，通過小型重啟動(dòng)（small restart）方法進(jìn)行多次沖擊仿真，為后續(xù)完成電池包多次機(jī)械沖擊仿真做準(zhǔn)備。</p><p>2、舊國標(biāo)要求（GB/T 31467.3-2015）:對(duì)電池包施加25g、15ms的半正弦沖擊波，z軸方向沖擊3次，前一次沖擊完成待電池包穩(wěn)定后再進(jìn)行下一次沖擊。</p><p>3、使用到的仿真軟件如下，前處理：HYPERMESH、LSDYNA；求解器：ANSYS APDL；后處理：HYPERVIEW。</p><p>4、現(xiàn)狀：進(jìn)行一次沖擊仿真，并考慮多次沖擊的影響，采用0.2倍的斷后伸長率或馮米塞斯應(yīng)力小于許用應(yīng)力作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>5、方法：（1）生成.K文件進(jìn)行第一次沖擊仿真分析；（2）完成后修改載荷生成.r文件，并添加關(guān)鍵字*Control_Dynamic_Relaxation，并輸入Dump01文件，通過小型重啟動(dòng)進(jìn)行動(dòng)力松弛仿真分析，以消除第一次沖擊動(dòng)能及彈性應(yīng)變；（3）完成后再次修改載荷生成.r文件，并輸入Dump02文件，通過小型重啟動(dòng)進(jìn)行第二次沖擊仿真分析；（4）依次類推，達(dá)到國標(biāo)要求的沖擊次數(shù)。</p><p>6、使用MAT_24材料，關(guān)注累計(jì)塑性應(yīng)變情況；使用MAT_15材料，關(guān)注累計(jì)損傷情況。</p>
展開 仿真的作用
絕大多數(shù)電子、原始設(shè)備生產(chǎn)商和元件提供商早已認(rèn)可在產(chǎn)品研發(fā)早期就考慮散熱問題的做法。其中的許多廠商采用軟件在物理模型建立之前就進(jìn)行元件和系統(tǒng)級(jí)的仿真分析，從而避免了反復(fù)的設(shè)計(jì)改變。然而，LED系統(tǒng)制造商習(xí)慣于以傳統(tǒng)燈源的角度來設(shè)計(jì)系統(tǒng)。問題是這些傳統(tǒng)的燈源是不必考慮散熱問題。這些LED系統(tǒng)制造商可能不具有散熱專業(yè)知識(shí)和熟練使用CFD軟件的專家。
過去十年以及先今很多CFD軟件都需要用戶具有深厚的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方面的專業(yè)知識(shí)，以便確定所獲得的結(jié)果是否正確。舉例，用戶需要將他們的CAD模型轉(zhuǎn)換到CFD軟件中，設(shè)定需要仿真的固體模型，正確劃分網(wǎng)格，確定邊界條件，選擇正確的物理模型，設(shè)定求解設(shè)置保證收斂，以及其它的工作。上一代CFD軟件需要進(jìn)行大量的調(diào)整，諸如手動(dòng)修改網(wǎng)格以提高網(wǎng)格質(zhì)量和修改松弛促使仿真結(jié)構(gòu)收斂。
但最近幾年出現(xiàn)了新一代適用于工程師的CFD軟件。這種軟件使用3D CAD模型，自動(dòng)探測流動(dòng)區(qū)域和劃分網(wǎng)格，使不具有深厚計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)知識(shí)的工程師也能輕松使用，從而便于他們著重關(guān)注產(chǎn)品的流動(dòng)情況。這一新一代CFD軟件包含了成熟的自動(dòng)控制功能，不必進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整就可以確保結(jié)果收斂。
這一新一代軟件適用于LED系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)。操作此類軟件僅僅需要會(huì)使用CAD軟件和了解物理模型，這些都是絕大部分工程師早已掌握的。使用原有的3D CAD模型不僅僅節(jié)省了時(shí)間，而且使捕捉所有LED系統(tǒng)的特征成為可能。這類軟件中也包含所有的熱交換機(jī)理，所以其可以進(jìn)行可靠的分析。再進(jìn)行CFD仿真時(shí)許多過程都會(huì)自動(dòng)進(jìn)行，這類軟件使LED系統(tǒng)工程師可以快速的對(duì)大量設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估。圖3、4和5中顯示的燈使用了6個(gè)高功率LED。這些LED和電源都會(huì)有熱耗散。由于不使用風(fēng)扇，所以工程師僅僅計(jì)算導(dǎo)熱、自然對(duì)流和輻射。
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密封圈是一種常用的密封元器件，具有制造簡單、使用方便、成本低廉等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工、機(jī)械和宇航領(lǐng)域。由于橡膠材料具有超彈性能，當(dāng)受到較大外載時(shí)，表現(xiàn)出高度非線性的特性，往往使得密封圈的精確仿真求解十分困難。
ABAQUS 是一套功能強(qiáng)大的工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對(duì)簡單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問題。ABAQUS
</p><p>5、方法：（1）生成.K文件進(jìn)行第一次沖擊仿真分析；（2）完成后修改載荷生成.r文件，并添加關(guān)鍵字*Control_Dynamic_Relaxation，并輸入Dump01文件，通過小型重啟動(dòng)進(jìn)行動(dòng)力松弛仿真分析，以消除第一次沖擊動(dòng)能及彈性應(yīng)變；（3）完成后再次修改載荷生成.r文件，并輸入Dump02文件，通過小型重啟動(dòng)進(jìn)行第二次沖擊仿真分析；（4）依次類推，達(dá)到國標(biāo)要求的沖擊次數(shù)。
上一代CFD軟件需要進(jìn)行大量的調(diào)整，諸如手動(dòng)修改網(wǎng)格以提高網(wǎng)格質(zhì)量和修改松弛促使仿真結(jié)構(gòu)收斂。
但最近幾年出現(xiàn)了新一代適用于工程師的CFD軟件。這種軟件使用3D CAD模型，自動(dòng)探測流動(dòng)區(qū)域和劃分網(wǎng)格，使不具有深厚計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)知識(shí)的工程師也能輕松使用，從而便于他們著重關(guān)注產(chǎn)品的流動(dòng)情況。這一新一代CFD軟件包含了成熟的自動(dòng)控制功能，不必進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整就可以確保結(jié)果收斂。
