基于ABAQUS超弹性材料橡胶衬套的刚度计算step by step

6月前浏览12635

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了使用ABAQUS软件进行橡胶制品静刚度仿真分析的过程。首先，橡胶材料具有非线性粘弹性与超弹性，因此需要引入有限元仿真分析技术来减小误差或实现零误差的前期预测。其次，仿真分析过程分为前处理、求解计算和后处理三个大过程，本文将操作过程拆分为部件、属性、装配、分析步与输出设置、相互作用、网格、加载、作业提交与监管以及计算结果的可视化处理九个模块。最后，本文以减振衬套为例，详细介绍了橡胶衬套静刚度仿真分析过程。

橡胶材料作为一种具有可逆形变的高弹性、高分子聚合物材料，基于其在弹性特性方面所具有的超弹性与粘弹性一直被广泛应用于各个工程领域的减振制品中。对于一些结构简单的橡胶制品，我们可以基于一些理论推导或工程经验算法在设计初期来获取其静刚度特性。但由于橡胶具有非线性粘弹性与超弹性，这种理论计算结果往往与试验存在一定误差，并且这种误差在一般情况下是不可以忽略不计的，其具有一定的工业应用价值。

为减小误差或实现零误差的前期预测，我们引入了有限元仿真分析技术，其可以通过控制模型参数与网格质量实现较小误差的预测计算。其价值也在各个行业实际的生产中得到了很好的验证。本文基于减振衬套简单讲诉一下基于ABAQUS软件的橡胶制品静刚度仿真分析过程。

仿真分析过程可分为三个大过程：前处理、求解计算和后处理。本文基于ABAQUS软件设定的分析步骤，不再重点区分分析的三个过程，将操作过程拆分为：部件、属性、装配、分析步与输出设置、相互作用、网格、加载、作业提交与监管以及计算结果的可视化处理九个模块，下面讲诉橡胶衬套静刚度仿真分析过程。

一、部件

由于本文主旨是为介绍橡胶刚度仿真的过程，所以选用了结构较为简单的橡胶衬套为例，直接借助ABAQUS软件的部件模块常见如图1所示的几何模型。

图1、几何模型结构图

二、属性

为了使仿真结果更接近与实验值或真实值，除了需要一个适合的仿真求解器和一个高质量的网格文件，更需要选择一个合适的橡胶本构模型，在ABAQUS软件中内置了许多相对成熟的橡胶本构模型（如图2所示），我们可以通过指定相关的系数来实现本构模型的定义,当然我们还可以直接提交我们的试验数据，交由ABAQUS软件进行拟合，得出相对精准的参数。

图2、材料属性模型设置界面

图3、材料属性评估设置

三、装配

装配模块一般选择默认就可以了，当然，对于需要重新设置装配的模型ABAQUS软件通用提供了一些装配指令，对于本实例，直接默认设置就可以了。

四、分析步

在这个模块我们需要定义分析类型与输出设置。对于本实例的分析类型，可以参考国标《振动与冲击隔离器静、动态性能测试方法》中的相关规定：静刚度测试过程中，隔离器从零加载至额定载荷，当变形盘≤5mm时，加载速度≤1mm/min；当变形盘≥5mm 时，加载速度≤5mm/min。整个加载过程相当的缓慢，故可将橡胶衬套的静刚度仿真过程定义为静态加载过程，可以选择ABAQUS/Standard求解器的默认分析设置，对于橡胶大变形的仿真，需要打开几何非线性开关。根据输出需要设置相应的场输出与历程输出：场输出一般默认即可，但是历程输出需要更改为相应的位移与作用力的输出，具体可参考下图设置。

图4、分析步与输出的设置

五、相互作用与加载

在建模初期，我们省略了橡胶衬套中的金属结构，这是因为金属的应力应变表现不在我们仿真范围内，但是其起到的结构功能还是需要通过其他方式体现出来。对于橡胶衬套的金属外管主要是其固定作用，我们只需要放到加载分析步通过设置边界条件来实现，对于金属内芯，则需要通过点面耦合的方式实现。对可能发生接触的面设置适当的接触属性。模拟实验室测试要求对模型施加载荷。具体设置可参考图5。

六、网格

ABAQUS软件提供了多种绘制网格的方法，可以通过设定适当的种子数，选择合适的网格生成算法即可生成网格，本实例较为简单，直接采用默认设置方法生成网格，并赋予C3D8H的网格属性。具体设置可参考图5。

七、作业提交于监控

在作业模块根据计算电脑的配置设置求解器性能参数，提交作业任务。求解器开始计算后可以通过监控指令参看计算过程及计算过程中的错误问题。在监控器窗口常会有求解警告提示，这个不用过于担心，对于一般的求解警告ABAQUS可以自行修改计算参数进行修正。待求解完成后，点击结果按钮便直接跳转至可视化模块查看计算结果。