橡膠材料
關(guān)注創(chuàng)建者：Ice＆Rain 創(chuàng)建時間：2017-02-25
橡膠材料的視頻教程
只有操作ABAQUS-橡膠密封材料受壓超彈性分析-2D-3D
典型橡膠材料超彈性本構(gòu)模型及其適用性 橡膠又稱為彈性體，包括天然橡膠及合成橡膠，是無定形的高聚物。橡膠是一種超彈性材料，具有良好的伸縮性和復原性，被廣泛用作密封、減振部件。相對于金屬材料的性能表征只需要較少的參數(shù)，橡膠的特性就顯得很錯綜復雜，其物理化學性能與金屬材料有很大差別。
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ANSYS-WorkBench教程 含橡膠材料系統(tǒng)的非線性有限元仿真
本課程結(jié)合工程實際，使用workbench軟件對橡膠材料進行非線性分析，課程包含：橡膠球頭銷子穿過金屬圓孔的過程、包含橡膠材料的系統(tǒng)模態(tài)分析。運用mooney-rivlin材料本構(gòu)模型，涵蓋模態(tài)分析、變形分析等，詳細展示建模與分析的過程，并配有網(wǎng)格細化的后的仿真案例。
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Abaqus中橡膠材料的線性粘彈本構(gòu)模型理論&測試&擬合方法
介紹了橡膠材料的線性粘彈本構(gòu)模型的理論知識，包括Prony級數(shù)的物理含義，應力松弛的本質(zhì)原因 介紹了橡膠材料超彈本構(gòu)模型和線性粘彈本構(gòu)模型模量搭配的方法 介紹應力松弛的測試方法和數(shù)據(jù)處理技巧 介紹了Abaqsu中線性粘彈本構(gòu)模型的擬合方法
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橡膠材料的實例教程
橡膠材料本構(gòu)理論介紹（一）
——橡膠材料簡介和本構(gòu)理論背景
橡膠材料作為一種高分子非線性材料,具有強彈性、大變形的特性,且柔軟性、耐磨性、絕緣性和阻隔性都十分優(yōu)良,能滿足很大范圍的使用要求,尤其在工程上的應用非常廣泛。特別是橡膠的硫化和添加劑的使用提高了材料的機械和物理性能,使得它擁有更多的應用領(lǐng)域,廣泛應用于承載結(jié)構(gòu)軸承、密封件、吸收震動的襯墊、連接器和輪胎等，具有更重要的商業(yè)意義。
由于橡膠材料復雜的分子特性以及材料和幾何的雙重非線性,且這種材料對于溫度、周圍的介質(zhì)、應變隨時間的變化、載荷率和應變量等的作用和影響十分敏感 ,這使得建立精確的數(shù)學模型更加困難，也使得橡膠材料本構(gòu)模型呈現(xiàn)多樣性和局限性，所以對于橡膠材料本構(gòu)模型的研究更是任重而道遠。
近年來，隨著計算力學的飛速發(fā)展,特別是有限元分析的發(fā)展,使得三維大應變分析成為復雜彈性體產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)過程中不可缺少的一部分,同時對橡膠彈性本構(gòu)模型提出了更苛刻的評價標準,促使橡膠材料的彈性本構(gòu)模型更進一步發(fā)展。
一般從下列三個主要方面對橡膠材料復雜的高度非線性行為來進行研究:
1.在靜載作用下的非線性彈性行為 ;
2.在循環(huán)載荷作用下的粘彈性行為 ;
3.在預應力作用后表現(xiàn)的應力軟化現(xiàn)象,即Mullins 效應 。詳情見附件
abaqus-橡膠本構(gòu).pdf
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(shè)：
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(shè)材料是不可壓縮的；Abaqus/Explicit假設(shè)
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(jù)橡膠材料的試驗數(shù)據(jù)近似擬合出其真實的本構(gòu)呢？
二、ABAQUS本構(gòu)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(shù)據(jù)（如單軸試驗、雙軸試驗、平面試驗等），我們?nèi)绾卧贏baqus中正確選擇與其對應的本構(gòu)進行模擬呢？這也許是橡膠仿真的關(guān)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
圖3 輸入試驗數(shù)據(jù)
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(shè)置各試驗數(shù)據(jù)對應的應變的最大、最小值。
展開 這篇文章，我們介紹ABAQUS關(guān)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(yī)療或密封等工業(yè)領(lǐng)域的解決方案，但橡膠也存在于許多其他工程領(lǐng)域。今天，我將介紹ABAQUS在密封領(lǐng)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(lǐng)域的設(shè)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(chǎn)品的行為。Trelleborg、Parker、Eriks、Lagersmit等密封領(lǐng)域的老牌公司已經(jīng)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(fā)/測試階段獲得更好的結(jié)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(chǎn)品的性能。這樣，從實驗中也只能獲得有限的信息，而從數(shù)值模擬中可以研究數(shù)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(fā)生塑性應變。ABAQUS有幾種超彈性材料模型，可以捕捉大多數(shù)商業(yè)橡膠的響應。描述模型的參數(shù)可以很容易地與實驗數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)作為輸入。內(nèi)部通過數(shù)值擬合自動獲得參數(shù)。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(guān)；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(chǎn)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 如果不考慮損傷等效應，橡膠材料是彈性的（卸載后沒有殘余應變），但應力-應變曲線不是線性的，即所謂的“超彈性”。Abaqus 幫助文檔《Getting Started with Abaqus：Interactive Edition》第10.6節(jié)“
Hyperelasticity
”介紹了超彈性的基本知識，第10.7節(jié)“
Example: axisymmetric mount
”給出了一個橡膠材料模型的實例。
Abaqus軟件在分析橡膠等超彈性材料具有顯著優(yōu)勢，它可以根據(jù)用戶提供的試驗數(shù)據(jù)采用最小二乘法自動計算本構(gòu)模型中各個常數(shù)（如圖1、圖2所示）。
圖1 超彈性材料數(shù)據(jù)的輸入
圖2 材料評估
用戶可以在Abaqus/CAE 中輸入下列實驗數(shù)據(jù)：
1）單軸拉伸/壓縮實驗（uniaxial tension/compression test data）；
2）等雙軸拉伸/壓縮實驗（biaxial tension/compression test data）；
3）平面拉伸/壓縮實驗（檢驗純剪行為）（planar tension/compression test data）；
4）體積拉伸/壓縮實驗（volumetric tension/compression test data）。
☆溫馨提示：定義超彈性材料數(shù)據(jù)時必須輸入名義應力（nominal stress）和名義應變（nominal stress），而非真實應力和真實應變。
展開 使用workbench進行橡膠材料的非線性分析。
1、首先通過建模軟件建立2D模型，并導入到DS中。
2、添加橡膠材料，使用mooney-rivlin的橡膠材料模型
3、導入到DM中，建立摩擦接觸
4、劃分網(wǎng)格
5、設(shè)置初始條件
6、求解
力的收斂：
結(jié)果：
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橡膠材料的最新內(nèi)容
LS-DYNA中金屬、塑料、橡膠等多種材料模型的參數(shù)識別；2. 航空、汽車、家電等不同領(lǐng)域中材料復雜力學性能測試技術(shù)和數(shù)據(jù)分析；3. 多種材料模型的開發(fā)和仿真應用。
E-rubber的充氣式橡膠高分子材料等雙軸拉伸技術(shù)，已應用于高鐵、汽車、輪胎等多個領(lǐng)域，為精準仿真提供了可靠的數(shù)據(jù)基石。期待與您深入交流。
傳統(tǒng)的簡化方法依賴經(jīng)驗判斷，不僅可能遺漏關(guān)鍵損傷載荷段，更無法精確復現(xiàn)真實的失效模式，尤其是考慮到橡膠材料的非線性力學性能和非線性損傷累積特性，采用基于傳統(tǒng)經(jīng)驗方法得到的簡化路譜載荷預測橡膠襯套的疲勞壽命，可能和實測結(jié)果有巨大差異。隨著計算能力的提升，直接采用全時程、多通道的真實路譜數(shù)據(jù)進行仿真，已成為可能且必要的前沿方向。
變速處理后疲勞裂紋擴展測試演示及裂紋形貌圖
03
為仿真提供真實世界的數(shù)據(jù)輸入
理論中的“斷裂內(nèi)聚長度”概念，可用于研究橡膠復合材料的損傷準則、評估材料的缺陷敏感程度。
如果您正在為橡膠材料參數(shù)的準確性困擾，或希望提升仿真的預測精度，歡迎掃描下方二維碼或點擊文章底部閱讀原文與我們聯(lián)系，獲取技術(shù)咨詢或探討測試方案。
☆ END ☆
與金屬材料相比，橡膠表現(xiàn)出獨特的力學行為和失效機理，這使得傳統(tǒng)的疲勞分析方法往往難以直接應用。基于我們此前的系列研究，現(xiàn)將橡膠疲勞仿真中的三個關(guān)鍵問題重新梳理，為工程實踐提供參考。
挑戰(zhàn)一
平均應力效應的準確評估
01
PART
在金屬疲勞分析中，拉伸平均應力通常會對材料壽命產(chǎn)生不利影響。
03
完善的模型庫
內(nèi)置經(jīng)過工業(yè)驗證的成熟材料模型，如Thomas疲勞裂紋擴展模型、Lake-Lindley疲勞極限模型等，可精確描述包括應變結(jié)晶效應在內(nèi)的多種橡膠材料行為。
04
顯著降低測試成本
通過仿真分析篩選出不合格的設(shè)計方案，從而將實物測試資源集中于最具潛力的設(shè)計方案上。
在橡膠類超彈性材料的力學特性表征中，等雙軸拉伸測試是構(gòu)建精確本構(gòu)模型的核心試驗之一。
長期以來，傳統(tǒng)周向夾持（傳統(tǒng)16爪式）裝置被廣泛使用，但其技術(shù)局限也逐漸在工程實踐中顯現(xiàn)。本文將從專業(yè)角度，對比新興的充氣式等雙軸拉伸技術(shù)，并重點探討測試應變范圍的提升如何直接影響結(jié)構(gòu)仿真的可靠性。
以下為我司測試所得拉伸試驗曲線與擬合曲線對比圖：
平面拉伸試驗曲線與擬合曲線對比圖
單軸拉伸試驗曲線與擬合曲線對比圖
等雙軸拉伸試驗曲線與擬合曲線對比圖
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我們的價值：
提供體系化的解決方案
易瑞博科技專注于為橡膠與復合材料研發(fā)提供專業(yè)的測試與仿真解決方案。
，但在大應變范圍內(nèi)，模型的表征能力較差，它不能很好的表示橡膠材料在大應變載荷作用下的陡升行為。
