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圖8-20 各種橡膠的撕裂強(qiáng)度 由表8-20可見,常溫下天然橡膠和氯丁橡膠的撕裂強(qiáng)度較高,這是由于結(jié)晶型橡膠撕裂時(shí)產(chǎn)生誘導(dǎo)結(jié)晶后、使應(yīng)變能力大為提高。但是高溫下,除天然橡膠外,撕裂強(qiáng)度均明顯降低。填充炭黑后的硫化膠撕裂強(qiáng)度均有明顯的提高,特別是丁基橡膠的炭黑填充膠料,由于內(nèi)耗較大,分子內(nèi)摩擦較大,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能,導(dǎo)致撕裂強(qiáng)度較高。

橡膠的撕裂 橡膠大形變的拉伸破壞，往往是先在某處產(chǎn)生小裂口，從裂口處撕裂，直至斷裂破壞。特別是橡膠制品的使用過程，由于損傷割裂或內(nèi)在原因，產(chǎn)生裂口，繼而撕裂以至破壞。這是橡膠制品最常見的破壞現(xiàn)象。 （一）橡膠的撕裂現(xiàn)象及撕裂性質(zhì) 橡膠撕裂破壞是從產(chǎn)生裂口開始的,所以橡膠抗裂口能力,直接反映出橡膠的抗撕裂性能。

06 — 基于自熱溫升的橡膠疲勞仿真 6.1撕裂與疲勞及其溫度相關(guān)性 6.2基于自熱溫升的橡膠疲勞壽命仿真流程

在橡膠制品（如密封件、輪胎、減震器）的開發(fā)中，高精度仿真已成為優(yōu)化設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)耐久性的核心環(huán)節(jié)。仿真結(jié)果的可靠性，根本上取決于輸入材料模型的準(zhǔn)確性。當(dāng)前行業(yè)普遍的痛點(diǎn)在于：傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)，無法充分表征橡膠在實(shí)際復(fù)雜工況下的非線性、時(shí)間相關(guān)與疲勞損傷行為，導(dǎo)致仿真與實(shí)物性能存在顯著偏差。為實(shí)現(xiàn)仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵在于構(gòu)建一個(gè)精準(zhǔn)、完備的材料參數(shù)體系。

06 — 基于自熱溫升的橡膠疲勞仿真 6.1撕裂與疲勞及其溫度相關(guān)性 6.2基于自熱溫升的橡膠疲勞壽命仿真流程

在橡膠件CAE仿真分析中，橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析相對(duì)容易，但是如何進(jìn)行橡膠疲勞壽命的分析當(dāng)前還是困擾工程師的一個(gè)難題。

傳統(tǒng)周向夾持式的技術(shù)瓶頸與仿真數(shù)據(jù)缺口傳統(tǒng)16爪裝置在夾持原理上通過機(jī)械夾具同步拉伸試樣邊緣。這一方式在實(shí)踐中面臨幾個(gè)固有挑戰(zhàn)：有效應(yīng)變范圍不足由于應(yīng)力集中，試樣常在夾持邊緣附近發(fā)生撕裂或滑脫。這使得大部分材料的有效測(cè)試應(yīng)變難以超過50%，僅少數(shù)柔軟材料可達(dá)100%。

下面以對(duì)橡膠柱的壓縮試驗(yàn)的仿真分析為例，簡(jiǎn)述一下針對(duì)橡膠大變形仿真過程中需要注意的幾點(diǎn)：圖1、理想與現(xiàn)實(shí)的差距(一)模型的簡(jiǎn)化對(duì)于一個(gè)工業(yè)數(shù)模，常常需要進(jìn)行一些合理的模型簡(jiǎn)化，但不可過度簡(jiǎn)化。

在橡膠件CAE仿真分析中，橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析相對(duì)容易，但是如何進(jìn)行橡膠疲勞壽命的分析當(dāng)前還是困擾工程師的一個(gè)難題。

本文選取3種不同尺寸的橡膠-金屬襯套制品，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸和橡膠參數(shù)詳見表2。圖8 產(chǎn)品測(cè)試仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果以及誤差值見表3,其中誤差值取(仿真值-實(shí)測(cè)值)與仿真值的比值。通過表3可知，仿真值與實(shí)測(cè)值間存在一定的誤差。

01Mullins效應(yīng)? 通過Mullins效應(yīng)進(jìn)行橡膠件的損傷分析，當(dāng)損傷到達(dá)1時(shí)，認(rèn)為橡膠出現(xiàn)開裂，但是在實(shí)際仿真計(jì)算中需要進(jìn)行大量的分析計(jì)算，工作量巨大。02彈性體疲勞壽命損傷理論?通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進(jìn)行疲勞壽命分析，基本思想和傳統(tǒng)的金屬疲勞的一致，仿真計(jì)算工作量很小，適合在工程計(jì)算中應(yīng)用。

Abaqus仿真橡膠接頭的充氣和拉伸過程（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。分析在加載過程中該模型的應(yīng)力和變形情況。

橡膠疲勞仿真技術(shù)，目前還有很多難題需要攻關(guān)解決。橡膠的大應(yīng)變計(jì)算還是不穩(wěn)定：比如橡膠材料種類繁多，不同產(chǎn)家的橡膠配方也不一樣，我們只完成了幾種橡膠的材料試驗(yàn)，也花費(fèi)了大量的經(jīng)費(fèi)，每種橡膠都進(jìn)行材料試驗(yàn)，肯定是不切實(shí)際的。比如，仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的差異，還需要進(jìn)一步的對(duì)標(biāo)。所以，橡膠疲勞仿真技術(shù)的發(fā)展，任重而道遠(yuǎn)！

其中SIMULIA Abaqus作為非線性仿真的權(quán)威軟件，提供針對(duì)塑料和橡膠仿真全方位支持，包括豐富的材料本構(gòu)模型、非線性求解技術(shù)、優(yōu)秀的前后處理等。同時(shí)SIMULIA也提供其他多物理場(chǎng)仿真軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)與Abaqus軟件的聯(lián)合仿真。例如結(jié)合Isight用于橡膠非線性材料參數(shù)標(biāo)定、塑料件、橡膠件性能優(yōu)化等工作。這對(duì)于確保前期產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足性能要求是非常重要的。

Marc軟件在橡膠、密封行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，針對(duì)橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)： ? 通過Mullins效應(yīng)進(jìn)行橡膠件的損傷分析，當(dāng)損傷到達(dá)1時(shí)，認(rèn)為橡膠出現(xiàn)開裂，但是在實(shí)際仿真計(jì)算中需要進(jìn)行大量的分析計(jì)算，工作量巨大。 ? 通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進(jìn)行疲勞壽命分析。

表5 設(shè)計(jì)值與仿真值得差異對(duì)比文章來源IND4汽車人

01橡膠件疲勞分析概述在橡膠件CAE仿真分析中，通常需要進(jìn)行橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析，但如何進(jìn)行橡膠疲勞壽命的分析當(dāng)前仍然是困擾行業(yè)的難題。