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摘 要：基于ABAQUS-Python提出了一種橡膠-金屬襯套快速仿真技術(shù)。該技術(shù)將典型橡膠-金屬襯套結(jié)構(gòu)參數(shù)化，并通過(guò)開(kāi)發(fā)的獨(dú)立圖形用戶(hù)界面和ABAQUS腳本程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)前處理、仿真計(jì)算和后處理；讀取仿真結(jié)果文件中力、扭矩、位移和角度值，采用最小二乘法計(jì)算出多向靜剛度值，導(dǎo)出應(yīng)力、應(yīng)變等云圖；對(duì)比仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果，誤差在10%以?xún)?nèi)，滿足工程化應(yīng)用要求。

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(guò)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(guò)度簡(jiǎn)化。

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

在轉(zhuǎn)角為0.005rad、0.01rad和0.015rad的情況下，對(duì)橡膠隔震支座進(jìn)行了水平力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，支座水平剛度會(huì)隨轉(zhuǎn)角的增大而減小。然后，運(yùn)用ABAQUS軟件進(jìn)行了有限元模擬分析，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果和有限元結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。最后，通過(guò)ABAQUS軟件對(duì)有初始轉(zhuǎn)角的橡膠隔震支座進(jìn)行了參數(shù)分析。

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(wèn)題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問(wèn)題。ABAQUS 包括一個(gè)豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫(kù)。

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。

本文將以一個(gè)懸置膠合件仿真的實(shí)例講解一下如何利用ABAQUS來(lái)獲取其三個(gè)方向的靜態(tài)特性。所用膠合件的數(shù)模圖如圖1所示。其設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)注的三向剛度如表1所示，膠料硬度是邵氏50±5度。圖1 膠合件結(jié)構(gòu)表1設(shè)計(jì)要求1、 網(wǎng)格劃分采用HYPERMESH對(duì)圖一懸置進(jìn)行網(wǎng)格劃分到的有限元模型如圖2所示。

圖5應(yīng)力云圖5結(jié)論本案例針對(duì)橡膠圈進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單的大變形分析，從應(yīng)力云圖來(lái)看，仿真結(jié)果很好模擬了橡膠圈在壓縮時(shí)候的大變形行為，后續(xù)可以單獨(dú)提取最大變形處的應(yīng)力應(yīng)變曲線等，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有一定的參考意義。

如圖2所示圖2、有限元分析模型ABAQUS軟件仿真過(guò)程●Part模塊打開(kāi)ABAQUS軟件，在其Part模塊選擇Create Part，自動(dòng)進(jìn)入草圖模塊依據(jù)圖3所示尺寸分別創(chuàng)建橡膠、壓頭和密封槽三個(gè)部件。圖3、模型尺寸示意圖●Property 模塊由于兩個(gè)金屬部件被創(chuàng)建為解析剛體，其不用附加屬性。

圖7 單自由度橡膠減振器系統(tǒng)傳遞函數(shù)通過(guò)試驗(yàn)曲線可得該單自由度橡膠減振器系統(tǒng)的共振頻率為89Hz，試驗(yàn)值與仿真值的相對(duì)誤差為1.25%。仿真曲線與試驗(yàn)曲線在峰值處吻合的比較好，在共振點(diǎn)之后的衰減梯度上有一定誤差，從仿真過(guò)程來(lái)看可能是橡膠與支架接觸的接觸屬性設(shè)置上存在誤差。

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。

2、基于ABAQUS的橡膠襯套應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算 基于ABAQUS軟件，選擇合適的橡膠本構(gòu)模型，就可以進(jìn)行橡膠襯套的應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算。橡膠襯套因?yàn)橐ＷC整車(chē)的NVH性能，一般運(yùn)動(dòng)行程都很大，因而襯套的應(yīng)變極大，應(yīng)力應(yīng)變非線性計(jì)算時(shí)，容易不收斂，無(wú)法進(jìn)行下一步的疲勞計(jì)算。

一、部件 由于本文主旨是為介紹橡膠剛度仿真的過(guò)程，所以選用了結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的橡膠襯套為例，直接借助ABAQUS軟件的部件模塊常見(jiàn)如圖1所示的幾何模型。

Abaqus有限元軟件在分析橡膠等超彈性材料具有顯著優(yōu)勢(shì)，為用戶(hù)提供了多種橡膠材料的本構(gòu)模型，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和材料的力學(xué)行為特征做出選擇。通過(guò)擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定所選本構(gòu)方程中的系數(shù)，這些過(guò)程在程序中可自動(dòng)完成。

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(fèi)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(yīng)用，以顯示它高效強(qiáng)大的橡膠建模能力。 在密封領(lǐng)域的設(shè)計(jì)階段使用仿真手段為解決方案提供指導(dǎo)正在成為一個(gè)必要的步驟，可以幫助識(shí)別和更好地了解產(chǎn)品的行為。

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

二、ABAQUS本構(gòu)擬合法 Abaqus提供了多種的橡膠材料模型，如多項(xiàng)式模型、Mooney-Rivlin模型、Neo-Hookean模型等，用來(lái)模擬真實(shí)超彈性材料的不可壓縮性。 對(duì)于已知的橡膠試驗(yàn)數(shù)據(jù)（如單軸試驗(yàn)、雙軸試驗(yàn)、平面試驗(yàn)等），我們?nèi)绾卧?em>Abaqus中正確選擇與其對(duì)應(yīng)的本構(gòu)進(jìn)行模擬呢？這也許是橡膠仿真的關(guān)鍵。