干货│基于ABAQUS的橡胶悬置胶合件刚度仿真计算

橡胶悬置胶合件作为发动机悬置系统的重要组成部分，其静态力学特性对汽车的操纵稳定性起着重要作用，同时也是进行橡胶悬置动态特性预测的基础。然而由于橡胶悬置复杂多变的结构形状以及橡胶材料复杂的非线性特性，目前并没有理想的模型或解析公式可以准确地描述其弹性特性与结构参数之间的关系，因而橡胶悬置的结构设计也没有确定的方法，大多采用经验设计和试验修正的方法。

本文将以一个悬置胶合件仿真的实例讲解一下如何利用ABAQUS来获取其三个方向的静态特性。所用胶合件的数模图如图1所示。其设计图纸上标注的三向刚度如表1所示，胶料硬度是邵氏50±5度。

图1  胶合件结构

表1设计要求

1、 网格划分

采用HYPERMESH对图一悬置进行网格划分到的有限元模型如图2所示。

2、材料设置

把划分好的网格导入ABAQUS中，设置其材料参数，由于不同本构模型对橡胶悬置胶合件刚度计算结果有一定的影响。结合何小静，上官文斌发表的《橡胶隔振器静态力－ 位移关系计算方法》一文的研究结果表明，Mooney-Rivlin 模型的计算精度最高，其相对误差均小于10%，所以本文采用M-R模型进行计算。50度胶料的M-R材料常数C10=0.2969，C01=0.0584。

3、刚度求解

3.1求解X方向刚度

按表 1要求，做如下设置：在Z方向先预载8mm，再在X向加载500N。取值0~5.6mm,对X向静刚度进行求解。

求得的力和位移关系见表2所示，用表中数据进行画图差值可得到图3所示的X向静刚度为38N/mm,与设计值非常接近，其变形云图见图4所示

表2 X向力和位移关系表

图3 X向刚度差值结果

图4 X向云变形图

3.2求解Y方向刚度

按表 1要求，做如下设置：在Z方向先预载8mm，再在X向加载1000N。取值2~4mm,对Y向静刚度进行求解。

求得的力和位移关系见表3所示，用表中数据进行画图差值可得如图5到Y向静刚度为98N/mm,与设计值80N/mm有一定差异，见图4。其变形云图见图6.

表3 Y向力和位移关系表

图5 Y向刚度差值结果

图6 Y向云变形图

3.3求解Z方向刚度

按表1要求做如下设置：在Z方向先预载8mm，再在X向加载1500N。取值7~9mm,对Z向静刚度进行求解。求得的力和位移关系见表4所示，用表中数据进行画图差值可得到如图7 所示Z向静刚度为199N/mm,与设计值有一定差异，其变形云见图8。

表4 Z向力和位移关系表

图7 Z向刚度差值结果

4、结果讨论

比较三个方向设计值与仿真值的差异，可知Z方向相差较大，原因可能是不同的供应商材料配方有差异，本计算中所用的M-R参数来自另外一个供应商的胶料拟合结果。另外网格类型也会对计算结果有影响，由于这个零件结构有点复杂，不好划分六面体网格，要不可以对比一下计算结果是否更能接近设计值。

表5 设计值与仿真值得差异对比

本文所使用的仿真分析方法我已经录制成视频教程，发布在IND4汽车人平台，有需要学习的同学可以扫码了解一下。

内容如下：

本课程包括以下及部分：

第一章（免费）

橡胶悬置静刚度分析总体介绍

第二章（免费）

橡胶悬置主簧3D网格划分（HYPERMESH）

详细介绍2D网格拉伸为3D网格、接口INP文件的生成

第三章

橡胶悬置主簧主方向刚度分析

第四章

橡胶悬置主簧侧方向刚度分析

第五章

橡胶悬置非线性刚度分析

接触设置，后处理等