橡膠試驗
關注創建者：匿名 創建時間：2022-02-28
橡膠試驗的視頻教程
ABAQUS-單軸拉伸試驗模擬教程（系列）（無聲）
ASTM D-2343標準規定了適用于玻璃纖維的拉伸試驗方法；ASTM D-897標準中規定了適用于粘結劑的拉伸試驗方法；ASTM D-412標準中規定了硬橡膠的拉伸試驗方法。
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橡膠試驗的實例教程
01 引子
橡膠材料是典型的超彈性材料，要獲取超彈性材料本構模型（常見有Mooney-Rivlin、Ogden、Yeoh等），一般需要做一系列標準橡膠試驗并進行數據擬合。
本例演示了ANSYS對超彈性材料的曲線擬合能力，并通過有限元分析與拉扭試驗的對比，驗證所建立的本構模型的有效性。
常見的橡膠標準拉伸試驗
02 案例介紹
現需要一個本構模型來匹配硫化天然橡膠材料在各種變形模式下的100%工程應變的行為。
本例中，已通過試驗（單軸、雙軸和平面拉伸試驗）獲取了橡膠的實驗數據。使用這些數據，通過超彈性擬合能力確定本構模型的參數，可以擬合3參、5參和9參的Mooney-Rivlin超彈性模型。
試驗數據
同時對橡膠進行了拉扭實驗（將條形試件的兩端夾入測試儀器中，然后將試樣拉伸到原尺寸長度的50%，并將試樣的一端扭四圈）。試樣與ASTM D1043中規定的試樣相似，如下圖所示：
拉扭試驗條形試件
使用擬合得出的Mooney-Rivlin超彈性模型（5參為例）對拉扭試驗就行有限元分析，并與試驗結果相對比，據此判斷前面擬合得出的本構模型能否反映橡膠材料的真實行為。
模型采用SOLID186單元，兩端夾鉗區域采用MPC算法綁定到定位點。
有限元模型示意圖
按照拉扭試驗的加載順序：
step1：對兩端夾持區域施加試件厚度25%的壓縮位移，模擬夾具對試件的夾持作用。
step2：通過移動一側的夾持區域（剛性接觸面），同時固定另一側夾持區域，模擬拉伸到50%的拉伸狀況。
展開 1 試驗準備與試驗設計
為研究各種溫度段內底盤橡膠部件的特性變化，本文中選取一種典型的橡膠襯套，即某轎車后縱臂軸套(見圖1)進行研究，這種懸架襯套主要承受汽車加速和制動時的縱向載荷和轉彎時的側向載荷，對減少汽車運動狀態改變時零部件之間的沖擊起重要作用。
考慮到汽車底盤橡膠部件中含有很多純天然橡膠，其特性與純天然橡膠的特性類似。圖2為純天然橡膠隨著溫度的動態特性變化。由圖可以看出，低溫段屬于從玻璃相遷移到橡膠相的過渡階段，在這個范圍內，動態特性變化非常大。因此本文中在研究底盤橡膠部件在不同溫度下動剛度和相位角的變化特性時將試驗溫度點設為：-40，-35，-30，-25，-20，-15，-10，-5，0，20，40，60和80℃。
每次試驗前，為消除Mullin效應，先用測量范圍1.1倍的力進行3次靜態試驗，然后進入正式測試階段。
為消除傳感器噪聲的影響，提高數據的可靠性和真實性[6]，本文中利用Matlab語言對采集信號進行預處理。
2 靜態特性試驗研究
底盤橡膠部件的主要特性有頻率依賴性?振幅依賴性和溫度依賴性[7-10]。橡膠部件的常規特性試驗有兩種，即靜態特性試驗和動態特性試驗。
靜態特性指的是在靜態載荷作用下橡膠部件的特性，例如汽車在停放狀態下橡膠部件的剛度特性。通過靜剛度的調整可控制整車和各總成的定位參數。
本文中以0.1mm/s的加載速度采用三角波的方式進行試驗，得到后縱臂軸套X方向靜剛度曲線，如圖3所示，相應數據見表1。
圖4為X方向靜剛度隨著溫度的變化曲線。由圖可見，靜剛度基本上隨著溫度的下降而增大，-40℃時的靜剛度約為80℃時靜剛度的1.3倍。
展開 一、概述
典型的橡膠材料的應力-應變行為是超彈性的，超彈性材料的變形在大應變值時(通常超過100%)仍然保持為彈性。
Abaqus在模擬超彈性材料時，會作出如下假設：
材料行為是彈性的；
材料行為時各向同性的；
模擬將考慮幾何非線性效應。
在Abaqus/Standard中默認地假設材料是不可壓縮的；Abaqus/Explicit假設
材料是接近不可壓縮的(默認泊松比為0.475)。Abaqus會提供不同的材料模型來模擬不同特性的橡膠材料。
那么在Abaqus怎樣根據橡膠材料的試驗數據近似擬合出其真實的本構呢？
二、ABAQUS本構擬合法
Abaqus提供了多種的橡膠材料模型，如多項式模型、Mooney-Rivlin模型、Neo-Hookean模型等，用來模擬真實超彈性材料的不可壓縮性。
對于已知的橡膠試驗數據（如單軸試驗、雙軸試驗、平面試驗等），我們如何在Abaqus中正確選擇與其對應的本構進行模擬呢？這也許是橡膠仿真的關鍵。
首先，在Property模塊中建立橡膠材料，如圖1。
圖1 建立橡膠材料
如果不清楚需指定哪種應變勢能時，在Strain energyprotential欄中選擇Unknow，并選擇相應的試驗數據進行輸入，以便Abaqus自動擬合其應變勢能。如圖2。
圖2 應變勢能選擇
輸入相應的試驗數據。
圖3 輸入試驗數據
在主菜單Material->Evaluate->Rubber下擬合橡膠材料的應變勢能曲線。并在彈出的對話框中設置各試驗數據對應的應變的最大、最小值。
展開 導讀
如果您正在為橡膠件大變形仿真（例如：橡膠襯套的非線性剛度仿真）不準而困擾，或苦于缺乏高質量的等雙軸拉伸應力-應變數據來標定橡膠超彈性本構模型，那么這項正支撐國家標準制訂和驗證的創新測試方法，可能是您一直在尋找的答案。
近日，易瑞博科技（E-rubber）一項關于“充氣式變溫等雙軸測試與仿真集成平臺”的技術實踐案例，經過評審，入選了中國科協企業創新服務中心建設的“企業科技工作者評價案例庫”。
同時，由E-rubber作為主要起草單位之一的國家標準《硫化橡膠或熱塑性橡膠 等雙軸拉伸應力應變性能的測定》正處于關鍵的征求意見與全國多地試驗室的對標驗證階段。
那么，一項為解決實際工程難題而誕生的技術方法，是怎樣從企業的試驗室走出來，最終成為整個行業都能參考和使用的公共標準的？
我們最初
要解決什么問題？
01
PART
做橡膠工程仿真的同仁都熟悉一個難題：CAE軟件能輕松模擬橡膠材料超過200%、300%甚至更大的應變，但試驗室里傳統的多端夾持（例如十字形夾具、16爪夾具等）等雙軸拉伸設備，往往因機械夾持的固有限制，難以穩定、可靠地獲取大應變下的高質量等雙軸拉伸數據。
十字形夾具
16爪夾具
這導致橡膠材料本構模型的擬合，在很大程度上依賴“外推”和“猜測”。
無論是輪胎胎側的大變形分析，還是橡膠懸置的疲勞壽命預測，因為缺少這部分關鍵數據，許多設計往往被迫預留過多的余量以保證安全，或者在后期需要依賴更多實物樣品的反復測試來驗證。
這個問題，是制約許多高端橡膠部件實現仿真驅動設計、精準迭代的共性瓶頸。它首先是一個技術問題，但更深層地，是一個關于數據完備性和方法可靠性的基礎性問題。
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
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
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導讀
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在橡膠支座的壓縮試驗模擬中，CSS8 單元的載荷 - 位移曲線與實驗數據的吻合度超過 95%。
（四）工程結構仿真
航空航天領域
在飛行器機翼的氣動彈性分析中，單元可模擬薄壁結構的大變形與復合材料層合效應，為結構優化提供數據支持。例如，對含損傷的復合材料機翼盒段分析，單元能準確預測損傷擴展路徑上的應力集中，指導維修方案設計。
MSC.Marc聯盟，成員包括高校博士、Marc公司研發人員，我們歡迎有志之士的加入，并開展Marc mentat的相關業務：
主攻方向：
焊接；超塑性；壓模；軋制；蠕變；疲勞分析；連鑄；蠕變；塑性加工；汽車懸架；抗震；彈塑性；IDA分析；剪力墻（普通砼和UHPC）抗震；橡膠砂剪切試驗；振動臺試驗模擬
6.1撕裂與疲勞及其溫度相關性
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
通過一系列疲勞試驗，可以獲得橡膠裂紋擴展率與能量釋放率之間的關系，組成裂紋擴展參數模型。
圖4 擬合橡膠應變勢能
如圖為擬合出的單軸、雙軸及平面試驗下的橡膠應變勢能曲線。
6.1撕裂與疲勞及其溫度相關性
6.2基于自熱溫升的橡膠疲勞壽命仿真流程
07
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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
圖2 試驗楔形裝置
Fig.2 Test wedge device
1.2 試驗方法
根據《橡膠支座 第1部分：隔震橡膠支座試驗方法》（GB/T 20688.1—2007）[11]規定的試驗方法，對橡膠隔震支座進行水平壓剪性能試驗，以正弦波加載，加載頻率為0.05Hz，每個工況進行4圈加載循環，取第3圈的實測值進行分析。
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。
在硫化劑對苯基乙烯基硅橡膠性能影響的試驗中，以2,4-二氯過氧化苯甲酰(雙二四)為硫化劑的硅橡膠扯斷伸長率與撕裂強度均較大，但硬度較低；以1,3-雙叔丁基過氧異丙基苯(BIPB)為硫化劑的硅橡膠硬度較大；以過氧化二異丙苯為硫化劑的硅橡膠扯斷伸長率最大。
