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

圖9、橡膠襯套的靜剛度仿真曲線 如果將我們的載荷換成如圖10的正弦加載曲線，我們還可以得到該硬度下，固定頻率的動剛度的遲滯曲線，進而得出其動剛度。 圖10、動態(tài)加載曲線、結(jié)果可視化云圖與遲滯曲線 下載地址：基于Abaqus的橡膠和粘彈性建模

數(shù)值模擬分析法因具有直觀、快速、成本低等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用，但數(shù)值模擬分析法中的建模、前處理和后處理等過程繁瑣，費時費力。因此，研究參數(shù)化建模、自動前處理和后處理的方法，對橡膠襯套類制品的快速開發(fā)和優(yōu)化有顯著的實際工程意義。

橡膠套采用超彈性材料模型。軸被視為剛體。 建模橡膠防塵套 三維模型是通過使用橡膠防塵套密封輪廓生成的。SOLID185元素用于模擬橡膠防塵套的實際三維結(jié)構(gòu)，如下圖所示。該模型有3387個單元。 建模接觸對 定義了三個接觸對，以模擬軸期間橡膠護套中發(fā)生的接觸移動： • 剛性圓柱軸和橡膠套內(nèi)表面之間的剛性-柔性接觸。

包括橡膠與上下底板以及與內(nèi)孔軸之間接觸關(guān)系，示例如下： 其中橡膠軸套內(nèi)孔與軸之間的干涉已經(jīng)在初始建模設(shè)定好，軟件會自動識別，至于是否會以干涉狀態(tài)求解取決于你選擇的是哪一種接觸建模方法（接觸對與通用接觸）以及初始干涉的大小。

1、橡膠襯套CAE網(wǎng)格模型的建立 考慮到橡膠的大變形，需要采用六面體網(wǎng)格單元進行仿真計算，才能得到正確的結(jié)果。但是，如果模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，六面體建模往往難度很大。橡膠襯套需要考慮整車NVH性能，各個方向上的剛度要求不一樣，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計的較為復(fù)雜，使得六面體網(wǎng)格建模非常困難。針對不同的橡膠襯套，我們制定了各種不同的襯套建模方法。

材料模型 橡膠套由橡膠材料制成，在大應(yīng)變下表現(xiàn)出彈性響應(yīng)。因此，對于在下面的表格和Workbench截圖中列出的橡膠材料，使用Neo-Hookean模型，這是一種不可壓縮超彈性材料模型。 3.2. 建模 利用結(jié)構(gòu)的對稱性，只建模了橡膠護套的一半。對于橡膠護套，采用超彈性材料模型。軸被設(shè)置為剛體。 3.2.1.

該結(jié)果說明有限元建模方法可以很好的模擬橡膠減振器的動態(tài)特性，同時說明了所建立模型的準確性和建模方法的有效性，可以為后續(xù)的橡膠減振器的選型、優(yōu)化設(shè)計以及使用減振器的設(shè)備的動態(tài)分析等提供分析基礎(chǔ)。 聲明：本微信轉(zhuǎn)載文章出于非商業(yè)性的教育和科研目的，并不意味著支持其觀點或證實其內(nèi)容的真實性。

包括橡膠與上下底板以及與內(nèi)孔軸之間接觸關(guān)系，示例如下： 其中橡膠軸套內(nèi)孔與軸之間的干涉已經(jīng)在初始建模設(shè)定好，軟件會自動識別，至于是否會以干涉狀態(tài)求解取決于你選擇的是哪一種接觸建模方法（接觸對與通用接觸）以及初始干涉的大小。

幾何建模：軸對稱問題，只需要取出一個截面，由于結(jié)構(gòu)上下對稱，再取該截面的一半建模，以減小計算量。 分析步：只需要一個分析步。 邊界條件：對于對稱面施加對稱邊界條件，在鋼材表面施加均布載荷。 網(wǎng)格劃分：使用四邊形雜交軸對稱單元CAX8H.【求解過程】1.

（2）Step By Step 建模操作圖文演示1.創(chuàng)建幾何模型2.創(chuàng)建三種材料屬性和截面屬性3.裝配4.設(shè)置兩個靜態(tài)分析步5.定義接觸屬性、兩個接觸對和兩個約束6.設(shè)置pressure類型的載荷固定一端給另外一端施加位移7.

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(wǎng)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(jié)構(gòu)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(wǎng)格劃分。考慮到襯套內(nèi)外管均為金屬結(jié)構(gòu)，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。

由于作者水平和時間有限，建模分析過程可能存在疏忽或有誤的地方還請批評指正！文章來源：廣東省院結(jié)構(gòu)安全顧問

圖4 水平等效剛度-初始轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線 Fig.4 Relationship curves between horizontal equivalent stiffness-initial rotation angle 2 ABAQUS有限元模型 運用大型有限元分析軟件ABAQUS對試件進行建模分析。

在大量的實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，人們建立起來很多理論模型來描述橡膠的力學(xué)特征。Abaqus有限元軟件在分析橡膠等超彈性材料具有顯著優(yōu)勢，為用戶提供了多種橡膠材料的本構(gòu)模型，用戶可以根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和材料的力學(xué)行為特征做出選擇。通過擬合實驗數(shù)據(jù)，確定所選本構(gòu)方程中的系數(shù)，這些過程在程序中可自動完成。

該插件省去了繁瑣的建模步驟，以及本構(gòu)模型的計算，使用者僅需根據(jù)自身需要在模型上微調(diào)，可用于隔震支座及結(jié)構(gòu)的精細化分析。 【程序可解決的問題】 在使用ABAQUS平臺對橡膠支座進行分析，動自己的小手進行建模時，由于橡膠與鋼板的接觸面眾多，在設(shè)置相互作用時過程繁瑣且很容易出錯，消耗去大家大量的時間。本著能偷懶就偷懶的原則，筆者開發(fā)了這款插件。

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。圖1 模型基本尺寸3有限元分析本案例的有限元分析是在ABAQUS 2017平臺上全程進行的。運用Standard/Explicit分析模塊，之后進入Part模塊創(chuàng)建上述分析模型。建立的有限元模型如圖2所示。

在橡膠研發(fā)里，配方設(shè)計是一件麻煩事。研發(fā)人員需要決定天然橡膠、丁苯橡膠、炭黑、硫化劑、油等成分的比例，還要考慮溫度、壓力、硫化時間等工藝條件。每次改一點點，性能都會發(fā)生變化。以前，我們常做的是單目標優(yōu)化，詳見此案例《成功案例丨基于 AI 的化合物配比優(yōu)化解決方案》：比如只追求“拉伸強度最大化”。

11月11日，Ansys官方『Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析』研討會為您展開介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，還將簡要介紹Ansys最新收購的聚合物材料建模工具PolymerFEM，感興趣的下滑預(yù)約學(xué)習(xí)?? 時間：11月11日（星期二），16：00-17：00內(nèi)容簡介：本次網(wǎng)絡(luò)研討會主要介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，聚焦于超彈性本構(gòu)的選取