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Abaqus仿真橡膠接頭的充氣和拉伸過(guò)程（1）背景實(shí)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(huán)，加固環(huán)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(shí)接觸。分析在加載過(guò)程中該模型的應(yīng)力和變形情況。

在橡膠類超彈性材料的力學(xué)特性表征中，等雙軸拉伸測(cè)試是構(gòu)建精確本構(gòu)模型的核心試驗(yàn)之一。長(zhǎng)期以來(lái)，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(shí)踐中顯現(xiàn)。本文將從專業(yè)角度，對(duì)比新興的充氣式等雙軸拉伸技術(shù)，并重點(diǎn)探討測(cè)試應(yīng)變范圍的提升如何直接影響結(jié)構(gòu)仿真的可靠性。

已知：鋼材的彈性模量206e3MPa,泊松比0.3；橡膠則有三組試驗(yàn)數(shù)據(jù)：?jiǎn)屋S拉伸，雙軸拉伸，平面剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表1 單軸拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)表2 雙軸拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)表3 平面剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)橡膠支座的幾何尺寸均已知（該圖是通過(guò)支座旋轉(zhuǎn)軸的一個(gè)半切面）【問(wèn)題分析】 分析類型：靜力學(xué)分析 非線性考慮：因?yàn)橛写笞冃?，需要考慮幾何非線性；橡膠也鋼材緊密結(jié)合

總之，拉伸平均應(yīng)力對(duì)于金屬材料總是有害的，但對(duì)于橡膠材料中，它可能是有益的，也可能是有害的，這取決于橡膠是否具有應(yīng)變結(jié)晶效應(yīng)。給橡膠施加平均應(yīng)力的好處可能十分明顯——有時(shí)會(huì)讓疲勞壽命提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。尤其是在較低的環(huán)境溫度下，對(duì)壽命的增強(qiáng)效果更強(qiáng)，而在較高的溫度下，這種有益效果會(huì)減弱。臨界平面分析對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)橡膠中的應(yīng)變結(jié)晶效應(yīng)至關(guān)重要。

密封件是一條長(zhǎng)條橡膠，將被建模為平面應(yīng)變問(wèn)題。進(jìn)行了一系列材料測(cè)試，包括單軸拉伸試驗(yàn)、雙軸拉伸試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)。 經(jīng)過(guò)一系列數(shù)據(jù)擬合試驗(yàn)表明，對(duì)于該材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)，雙參數(shù)“Mooney-Rivlin超彈性模型”擬合數(shù)據(jù)的效果優(yōu)于其他模型，決定采用雙參數(shù)Mooney-Rivlin模型。

以下為我司測(cè)試所得拉伸試驗(yàn)曲線與擬合曲線對(duì)比圖：平面拉伸試驗(yàn)曲線與擬合曲線對(duì)比圖單軸拉伸試驗(yàn)曲線與擬合曲線對(duì)比圖等雙軸拉伸試驗(yàn)曲線與擬合曲線對(duì)比圖我們的技術(shù)優(yōu)勢(shì)03PART01數(shù)據(jù)可靠經(jīng)計(jì)量認(rèn)證的高精度傳感器，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量可控，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

以下為我司測(cè)試所得拉伸試驗(yàn)曲線與擬合曲線對(duì)比圖：平面拉伸試驗(yàn)曲線與擬合曲線對(duì)比圖單軸拉伸試驗(yàn)曲線與擬合曲線對(duì)比圖等雙軸拉伸試驗(yàn)曲線與擬合曲線對(duì)比圖?我們的價(jià)值：提供體系化的解決方案易瑞博科技專注于為橡膠與復(fù)合材料研發(fā)提供專業(yè)的測(cè)試與仿真解決方案。

挑戰(zhàn)一平均應(yīng)力效應(yīng)的準(zhǔn)確評(píng)估01PART在金屬疲勞分析中，拉伸平均應(yīng)力通常會(huì)對(duì)材料壽命產(chǎn)生不利影響。然而，橡膠材料的響應(yīng)則更為復(fù)雜：對(duì)于能夠發(fā)生應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶的橡膠，適當(dāng)?shù)钠骄?em>拉伸應(yīng)變反而可能顯著延長(zhǎng)其疲勞壽命，提升幅度可達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)；而對(duì)于非結(jié)晶橡膠，平均應(yīng)變的影響則與金屬類似，表現(xiàn)為導(dǎo)致產(chǎn)品壽命的降低。

ABAQUS能夠擬合下面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)： 單軸拉伸和壓縮； 等雙軸拉伸和壓縮； 平面拉伸和壓縮（純剪）； 體積拉伸和壓縮。對(duì)于超彈性材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)須作為名義應(yīng)力和名義應(yīng)變的值提供給ABAQUS軟件。以材料Santoprene為例進(jìn)行評(píng)估：材料評(píng)估功能通過(guò)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)選擇合適的材料模型, 檢查超彈性材料的預(yù)測(cè)行為.a.

圖1 超彈性材料數(shù)據(jù)的輸入圖2 材料評(píng)估 用戶可以在Abaqus/CAE 中輸入下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：1）單軸拉伸/壓縮實(shí)驗(yàn)（uniaxial tension/compression test data）；2）等雙軸拉伸/壓縮實(shí)驗(yàn)（biaxial tension/compression test data）；3）平面拉伸/壓縮實(shí)驗(yàn)（檢驗(yàn)純剪行為）（planar tension

? 如果試驗(yàn)數(shù)據(jù)有限（例如，只有單軸拉伸數(shù)據(jù)），一定不要使用本模型！ （三）Marlow 模型 ? Marlow 模型是最常用的第一不變量模型，在標(biāo)準(zhǔn)施加荷載方式（單軸、雙軸或平面）下，它能夠準(zhǔn)確地生成試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖1 超彈性材料數(shù)據(jù)的輸入圖2 材料評(píng)估 用戶可以在Abaqus/CAE 中輸入下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：1）單軸拉伸/壓縮實(shí)驗(yàn)（uniaxial tension/compression test data）；2）等雙軸拉伸/壓縮實(shí)驗(yàn)（biaxial tension/compression test data）；3）平面拉伸/壓縮實(shí)驗(yàn)（檢驗(yàn)純剪行為）（planar tension

? 在 Abaqus 中對(duì)單個(gè)單元軸向拉伸試驗(yàn)做了測(cè)試? 所有的材料參數(shù)均由 Abaqus 自動(dòng)評(píng)估得到。

由幾何方程可得，平面內(nèi)應(yīng)變分量εx、εy、γxy≠0且僅為xy的函數(shù)；平面外應(yīng)變分量εx=γxz=γyz=0。可見(jiàn)變形僅發(fā)生在與橫截面平行的平面內(nèi)，因此這類問(wèn)題稱之為平面應(yīng)變問(wèn)題?？赏茖?dǎo)得應(yīng)力分量σx、σy、τxy僅為xy的函數(shù)，而σz=ν(σx+σy)≠0，τzx=τzy=0。對(duì)于圖1中的橡膠密封墊，顯然是可以由三維的空間問(wèn)題簡(jiǎn)化為二維的平面應(yīng)變問(wèn)題。

橡膠拉斷破壞現(xiàn)象與剛體材料的破壞現(xiàn)象有根本的差異，這是由橡膠材料所特有的大分子結(jié)構(gòu)和粘彈性質(zhì)所決定的。因此，溫度、斷裂形變速度及網(wǎng)構(gòu)狀態(tài)對(duì)其拉斷破壞現(xiàn)象都有明顯的影響。 采用顯微攝影術(shù)觀察軟質(zhì)網(wǎng)構(gòu)橡膠拉伸破壞行為。當(dāng)在恒速緩慢拉伸過(guò)程，如圖5一18所斷裂位置示開(kāi)始在A部位出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，以致在A部位產(chǎn)生與外力垂直方向的微小裂口。

導(dǎo)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(zhǔn)而困擾，或苦于缺乏高質(zhì)量的等雙軸拉伸應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)來(lái)標(biāo)定橡膠超彈性本構(gòu)模型，那么這項(xiàng)正支撐國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制訂和驗(yàn)證的創(chuàng)新測(cè)試方法，可能是您一直在尋找的答案。