橡膠材料仿真的案例
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 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 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 構建高精度橡膠仿真模型：面向耐久性預測的材料測試體系
在橡膠制品（如密封件、輪胎、減震器）的開發中，高精度仿真已成為優化設計、預測耐久性的核心環節。仿真結果的可靠性，根本上取決于輸入材料模型的準確性。
當前行業普遍的痛點在于：傳統的標準測試數據，無法充分表征橡膠在實際復雜工況下的非線性、時間相關與疲勞損傷行為，導致仿真與實物性能存在顯著偏差。
為實現仿真驅動設計，關鍵在于構建一個精準、完備的材料參數體系。這要求測試方案必須超越基礎力學性能范疇，直接面向仿真的底層邏輯與物理機制。
面向仿真的系統性測試框架
為實現仿真的精準輸入，我們圍繞橡膠的核心力學行為，構建了以下系統化的測試框架。
超彈本構與Mullins效應
獲取材料在不同應變狀態下的響應數據，是準確描述其非線性彈性行為與Mullins效應的基礎。
核心測試
單軸拉伸、平面拉伸/純剪切、等雙軸拉伸、體積壓縮。
工程價值
為Yeoh、Ogden等超彈性本構模型提供全面的擬合數據，并表征循環加載下的應力軟化行為，確保模型在復雜變形模式下的預測精度。
我司測試獲得的典型材料拉伸試驗應力應變曲線
核心疲勞性能與耐久性邊界
從斷裂力學與裂紋萌生兩個角度系統研究材料的疲勞發展歷程。
核心測試
疲勞裂紋擴展測試、動態變載荷循環疲勞拉伸、最大撕裂能測試、本征強度測試。
工程價值
量化材料的疲勞裂紋擴展速率與裂紋萌生壽命，確定其耐久極限，為基于物理機理的疲勞壽命預測模型提供關鍵輸入。
疲勞裂紋擴展測試示意圖
粘彈性、粘滯生熱與熱力學屬性
表征材料對時間、頻率和溫度的依賴性，對于預測動態工況下的性能與生熱至關重要。
展開 
活動預告 | Ansys官方11月網絡研討會安排
內容簡介： 將介紹 Ansys Lumerical 2025 R2 最新功能，包括多 GPU 增強，RCWA 求解器增強等功能，同時將會帶來微環調制器的仿真優化全流程介紹。
立即報名：https://v.ansys.com.cn/live/FCxFReDk?source=jishulink
11月11日 | Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析
時間：11月11日（星期二），16:00 - 17:00
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。
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。
立即報名：https://v.ansys.com.cn/live/96DnAY01?source=jishulink
歡迎大家前往Ansys數字資源中心（v.ansys.com），查看并報名感興趣的話題，并有數千個技術研討會錄播資源，供您免費學習。
Ansys專家團隊將為您帶來前沿技術解析與最新應用實踐。了解產品新功能、產品應用及相關資源，持續關注Ansys微信公眾號后續推送了解更多活動詳情。
展開 助力提升橡膠仿真精度：易瑞博科技超彈性材料全面本構測試與精準擬合服務
在橡膠產品的設計與仿真中，仿真結果的可靠性，首先取決于輸入的材料模型是否準確。一個僅基于單軸拉伸數據構建的模型，可能嚴重偏離材料在多軸真實受力下的行為，導致剛度、壽命等性能預測錯誤或設計過度保守。
我們提供的系統化測試服務，旨在通過一系列標準試驗，完整刻畫橡膠材料在各種變形模式下的力學響應，為您構建高保真度的仿真模型提供堅實的數據基礎。
全面的超彈本構關系
測試矩陣
01
PART
全面的超彈本構關系測試矩陣，完整描述橡膠多軸復雜變形行為。
我們的全套橡膠超彈本構關系測試系統，可精確表征材料在不同變形模式下的力學行為，確保仿真模型具備可靠的預測能力。
01
單軸拉伸試驗
采用ASTM D412 Die D或國標GB/T 528-2009 I型啞鈴狀試樣，通過獲取從開始到材料斷裂的完整應力-應變曲線，以及不同應變水平下循環加載-卸載應力-應變曲線，為材料本構關系建立性能基準。
試樣:
試驗過程:
交付結果示例：
02
平面拉伸試驗
通過模擬純剪切變形狀態。該測試專門用于精準標定模型的剪切行為，其獲得的剪切應力-應變響應數據，對于確保襯套、墊片等大量承受剪切變形的產品仿真的可靠性至關重要。
試樣:
試驗過程:
交付結果示例：
03
等雙軸拉伸試驗
等雙軸拉伸試驗是刻畫材料多軸變形行為的關鍵。此項測試獲得的應力-應變響應，能極大提升模型在復雜多軸應力狀態下（例如：橡膠密封圈膨脹、橡膠減振器壓縮、輪胎胎面接地等工況）的預測精度。
為獲得這一關鍵數據，我司提供傳統16爪周向夾持與充氣式膨脹兩種等雙軸拉伸測試方法，可根據您的具體需求進行選擇。
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
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。
下載地址：Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型
展開 abaqus橡膠熱仿真：減振橡膠疲勞黏滯生熱的仿真分析-源文件與子程序詳解
6.2基于自熱溫升的橡膠疲勞壽命仿真流程
07
—
總結
采用單軸拉伸(ST)、平面拉伸(PT)和等雙軸拉伸(ET)三種橡膠測試試驗，擬合相關試驗參數，得到了橡膠材料的Ogden本構模型及相關參數。
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 
ABAQUS橡膠支座仿真：有初始轉角的橡膠隔震支座水平力學性能研究
2.1 有限元模型的建立
薄鋼板采用Q235鋼，并考慮其實際工作情況，將其視為線彈性，鋼板彈性模量E取2.06×105MPa，泊松比ν取0.3；橡膠本構關系采用Neo-Hookean模型，橡膠剪切模量取0.55MPa，橡膠材料參數C10和D1分別取0.275MPa和0.001MPa；采用六面體單元劃分，薄鋼板采用三維8結點線性六面體非協調單元C3D8I，橡膠材料采用三維8結點線性六面體雜交單元C3D8H[12]，每層橡膠劃分3層單元。支座模型及網格劃分如圖5所示。利用ABAQUS軟件中的解析場功能，通過位移控制來使支座的上表面產生轉角。
圖5 支座模型及網格劃分
Fig.5 Bearing model and mesh generation
2.2 有限元結果與試驗結果對比驗證
利用上述建立的ABAQUS有限元模型，對試件進行數值模擬。模擬結果與試驗結果的對比如表2所示，表中試驗值為10MPa豎向壓力下各試件的水平剛度平均值，模擬值為10MPa豎向壓力下ABAQUS有限元模型的水平剛度模擬值。表2中在轉角為0.005rad、加載方向與轉角垂直時，模擬值與試驗值誤差較大，推測是由試驗誤差造成的。由表2可以看出，水平剛度的模擬值與試驗值吻合較好，說明ABAQUS能很好地模擬有初始轉角橡膠隔震支座的水平力學性能，該有限元模型可用于后續工況的計算和分析。
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 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 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 