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橡膠圈的材料選取、形狀的設(shè)計(jì)及受力大小對其密封性能有很大的影響，然而在實(shí)際壓縮試驗(yàn)過程中很難觀測到其受力變形的瞬態(tài)大變形行為。通過ABAQUS有限元分析可以得到橡膠圈的受力變形過程，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及優(yōu)化具有較大的幫助，也有利于縮短研發(fā)周期，降低經(jīng)濟(jì)成本。2模型建立模型采用常用的橡膠材料與模具裝配模型，如圖1所示。整個(gè)建模過程與后續(xù)的有限元分析中均采用統(tǒng)一的mm單位制。

在 Abaqus/Explicit 中，剛性模具的 uz 位移是通過一個(gè)速度邊界條件來規(guī)定的，該速度值逐漸增加至 20 m/s，然后保持恒定，直到模具總共移動了 9 mm。Abaqus/Explicit 分析的總模擬時(shí)間為 0.55 毫秒，加載速率足夠慢，可以被視為準(zhǔn)靜態(tài)。在 Abaqus/Standard 和 Abaqus/Explicit 中，剛性模具的徑向和旋轉(zhuǎn)自由度均受到約束。

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。

Abaqus/Standard 中的求解控制 具有雙曲線和指數(shù)收益率標(biāo)準(zhǔn)的模型使用解決方案控制的默認(rèn)值。然而，對于線性 Drucker-Prager 模型，場方程容差用于覆蓋平均力的自動計(jì)算，以減少分析所需的計(jì)算時(shí)間。收斂標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為 1%，平均力設(shè)置為 5.0 × 10-5。增量期間最大允許位移修正的收斂檢查也被禁用。

圖四 以Abaqus進(jìn)行產(chǎn)品位移和受力比較結(jié)果利用Moldex3D可以輕松模擬氣輔成型過程，進(jìn)而執(zhí)行優(yōu)化結(jié)果。其中中心溫度的仿真，對于氣輔制程而言更是實(shí)用。此外藉由Moldex3D FEA接口也可協(xié)助獲取后續(xù)FEM分析流程所需的數(shù)據(jù)，使其他結(jié)構(gòu)分析軟件可以輕松讀取并處理導(dǎo)出的數(shù)據(jù)。

三種方案各有利弊，方案一操作簡單，但增加成本大；方案二操作相對簡單，但預(yù)期可能增加成本較多，方案三操作復(fù)雜，需調(diào)整現(xiàn)有壓型機(jī)模具，加工周期變長，但增加成本可控。 針對以上兩種方案，使用Abaqus有限元進(jìn)行分析，在保證設(shè)備滿足承壓條件下，兼具時(shí)間和經(jīng)濟(jì)性給出最終方案。