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其中： 幾何非線性，指橡膠為體積不可壓縮材料，其在工況中會出現大彈性形變，已不能用小形變理論分析； 材料非線性，指橡膠材料為粘彈性材料，其應力-應變曲線為非線性的，且動態特性與頻率、振幅、溫度相關； 邊界非線性，指橡膠材料與金屬的接觸過程中，其邊界條件在分析過程中發生變化。

橡膠部分為可變形體，我們賦予它超彈性屬性，具體設置如圖4所示圖4、橡膠屬性設置示意圖●Assembly模塊：默認即可。●Step模塊選擇通用分析步，打開幾何大變形開關（如圖5所示）。圖5、分析步設置●Interaction模塊接觸類型為通用面接觸，接觸屬性為切向摩擦，摩擦系數為0.01，具體設置如圖6所示。

例如上圖中的橡膠柱壓縮試驗的仿真中，對上下金屬板的采取不同的處理方法，其計算的收斂性有較大的不同圖2，左側考慮金屬板；右側未考慮金屬板(二)接觸與約束的設定通過修改接觸與約束的相關參數可以使分析計算更容易收斂，但是需要注意分析模型與實際試驗的擬合度。

為了提高橡膠-金屬件數值模擬分析的效率，劉志國等[1]通過模型重建與專家分析經驗封裝構建軌道車輛金屬橡膠件有限元模型參數化建模方法，實現了金屬橡膠件分析模型的參數化與仿真分析自動化。周煒等[2]利用剛度疊加原理和參數有限元分析，建立了橡膠襯套幾何參數與剛度的關系式；針對剛度匹配的設計要求，通過設定不同的目標函數，得到了橡膠襯套結構的最優解。

基于這些因素，橡膠的分析方法與金屬的分析方法有很大不同，這并不奇怪。橡膠的疲勞性能與平均應變的關系更為復雜。對于無定形（即非結晶）橡膠，與金屬材料一樣，增加平均應變會降低疲勞壽命。但是，對于表現出應變誘導結晶的橡膠，平均應變的存在可能會大大增加疲勞壽命，如圖3所示。因此，橡膠的疲勞仿真必須考慮材料的應變結晶效應。圖3.

延伸閱讀：橡膠疲勞 ≠ 金屬疲勞：平均應變效應挑戰二非線性響應的處理02PART金屬疲勞分析中廣泛采用的線性疊加方法，在處理橡膠材料時面臨根本性挑戰。橡膠在使用中常伴有顯著的非線性材料行、大變形運動和非線性接觸，這使得復雜載荷譜對應的應力-應變響應無法通過簡單縮放單位載荷結果來合成。

可以看到，最大對數主應變發生在橡膠襯套和套筒接觸區域，以及在襯套邊緣接觸區域。 在此基礎上，新增一個用于疲勞計算的分析任務，用于疲勞壽命計算。其計算設定參數如下圖所示。其中，載荷類型采用變幅載荷，載荷歷程計算方法采用重復計數法則以保證半周期的載荷也被考慮進去。

可以看到，最大對數主應變發生在橡膠襯套和套筒接觸區域，以及在襯套邊緣接觸區域。

Marc軟件在橡膠、密封行業有著廣泛的應用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實現：? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。? 通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析。其基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，且仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。

二、變價金屬 變價金屬系指具有一定氧化還原電位的二價和二價以上的重金屬如銅、錳、鐵、鈷等。變價金屬離子(表示為M n +1 )對橡膠氧化反應具有強烈的催化作用，能使橡膠迅速破壞。橡膠氧化時，變價金屬離子能起兩個作用，一方面加速氧化的鏈引發反應，另一方面又催化氫過氧貨物 (ROOH)分解成游離基。在其進行催化作用的同時，發生氧化還原反應。

與此同時，橡膠與固體、剛性體之間的接觸也被設定為摩擦接觸，摩擦系數設為0.1。為了更準確地模擬實際情況，我們還設置了每步更新剛度的選項，以確保模擬結果的準確性。 四、提高收斂性 在進行有限元分析時，有時會遇到不收斂的問題。這可能是由于模型設置、網格劃分或求解器參數等原因導致的。

圖4、分析步與輸出的設置 五、相互作用與加載 在建模初期，我們省略了橡膠襯套中的金屬結構，這是因為金屬的應力應變表現不在我們仿真范圍內，但是其起到的結構功能還是需要通過其他方式體現出來。對于橡膠襯套的金屬外管主要是其固定作用，我們只需要放到加載分析步通過設置邊界條件來實現，對于金屬內芯，則需要通過點面耦合的方式實現。對可能發生接觸的面設置適當的接觸屬性。

對航空航天很多復雜和特殊的問題，如疲勞斷裂、復合材料損傷、起落架柔性機構、接觸連接、金屬塑性，熱分析分析等，Abaqus是非常具有優勢的。我們誠邀您參加SIMULIA在航天領域結構仿真應用線上技術研討會，本次研討會我們將重點介紹Abaqus在航天領域經常遇到的問題，包括復合材料強度與損傷，橡膠密封分析，熱分析等。。

1背景及意義橡膠密封圈廣泛應用于密封結構中，諸如金屬管道連接處的密封、混凝土框架橫梁之間的潤滑密封等。橡膠圈的材料選取、形狀的設計及受力大小對其密封性能有很大的影響，然而在實際壓縮試驗過程中很難觀測到其受力變形的瞬態大變形行為。通過ABAQUS有限元分析可以得到橡膠圈的受力變形過程，對產品的設計及優化具有較大的幫助，也有利于縮短研發周期，降低經濟成本。

本案例演示了在一個高度非線性問題中使用基于曲面投影接觸方法的能力和優勢。橡膠防塵套的分析包含了幾何、材料和變化狀態（接觸）的非線性。

Surface-projection-based 接觸可以通過為接觸區域設置KEYOPT(4) = 3來定義基于表面投影的接觸。 此選項強制接觸約束在接觸和目標表面的重疊區域，而不是在單個接觸節點或高斯點上。在重疊區域上平均計算接觸穿透/間隙。 2.1. 問題描述 在此分析中考慮了半對稱橡膠護套密封。定義了三個接觸對。

由于橡膠是一種近似不可壓縮材料，在隱式解法中橡膠單元類型通常選用C3D8RH 和C3D8H，而C3D8H 有更佳變形能力，適合于計算大變形或接觸分析。這里網格類型采用C3D8RH（一階六面體減縮雜交單元）。襯套線性靜剛度是由主簧結構和橡膠類型決定的，因此在建模過程中僅對襯套主簧進行網格劃分。考慮到襯套內外管均為金屬結構，如鋁合金、20#鋼等，剛度遠高于橡膠主簧，因此在建模過程中均剛性處理。

根據經驗，壓縮距離越大橡膠越容易失效，取最大壓縮距離3mm進行分析。橡膠硬度(邵氏A型)為65±5，其Rivlin系數見表2。根據經驗，橡膠硬度越大橡膠越容易失效，取最大硬度70進行分析。橡膠密封墊采用四邊形平面應變雜交單元（CPE4H）進行網格劃分，與缸蓋罩和缸蓋的接觸面簡化為解析剛體。

定制材料和定制化合物，以及非常小心控制的粘合過程和相應的硫化方法，也在Ferrabyrne的橡膠-金屬粘合組件中發揮了重要作用因此，它們因其安全關鍵部件的耐久性而受到國際信賴。

上圖是關于干涉配合的設定，我們告訴軟件請在第一個分析步激活干涉配合求解。 2、定義橡膠自接觸 橡膠在壓縮中比較難以預測誰與誰接觸，其實要定義自接觸也是可以對應定義接觸對，只不過主從接觸都是自己。