橡胶减振衬套抗疲劳设计关键，建立精确的橡胶本构模型
导读：橡胶减振衬套结构耐久性能与橡胶结构的几何形状、材料性能以及载荷边界等因素有关。工程上，橡胶减振衬套结构不像普通的金属材料结构那样存在明确的S-N疲劳性能曲线。因为不同橡胶制件厂家，所用的橡胶材料都是不同的，很难找到一个普遍的表示方法，除此之外，橡胶材料性能受使用条件影响较大，比如温度等因素。而且橡胶减振衬套大都在使用中受到压缩、剪切等大变形的周期载荷作用，处于复杂应力状态，疲劳破坏是其主要失效形式之一，虽然橡胶减振衬套的疲劳破坏虽然早已引起人们的重视，但目前主要还是以试验研究为主，理论研究目前也还处于起步阶段，主要借鉴常规橡胶材料的研究方法。同时，随着橡胶减振衬套应用的日益广泛，对橡胶减振衬套进行疲劳寿命定量预测的要求会愈加急迫。建立精确的橡胶本构模型，增加疲劳寿命预测的准确性，从而透彻的研究橡胶材料的疲劳破坏机理，将是今后橡胶减振衬套抗疲劳设计的主要研究方向。橡胶减振衬套的疲劳寿命预测研究主要依靠实验和数值模拟来评估橡胶材料在长期振动加载下的疲劳性能。该研究通常包括以下几个方面：- 实验测试：通过在实验室中进行不同振动频率和振幅下的疲劳试验，测量橡胶材料的疲劳寿命。这些试验能够提供橡胶材料在不同工况下的疲劳性能数据。
- 数值模拟：利用有限元分析等数值模拟方法，建立橡胶减振衬套的数学模型，模拟其在振动加载下的应力应变分布。通过对模型进行疲劳分析，可以预测橡胶减振衬套的疲劳寿命。
- 材料参数确定：疲劳寿命预测需要准确的材料参数，例如橡胶的动态力学性能、疲劳强度和疲劳寿命曲线等。这些参数可以通过实验或已有的材料数据库来获取。
寿命预测模型：基于实验数据和数值模拟结果，可以建立橡胶减振衬套的疲劳寿命预测模型。常用的模型包括S-N曲线、Wöhler曲线、Miner's规则等。需要注意的是，橡胶材料的疲劳寿命受到多种因素的影响，包括振动频率、振幅、温度、湿度、材料老化等。因此，在研究橡胶减振衬套的疲劳寿命时，需要综合考虑这些因素的影响。
疲劳损伤参量：评估橡胶减振衬套的疲劳寿命可以使用多种疲劳损伤参量。以下是一些常用的疲劳损伤参量：疲劳寿命：指材料在特定工况下能够经受的疲劳循环次数。通过实验或数值模拟可以确定橡胶减振衬套的疲劳寿命。疲劳强度：指材料在特定工况下能够承受的最大振幅或应力水平。疲劳强度是评估橡胶减振衬套抵抗疲劳损伤能力的重要指标。应力应变：研究橡胶减振衬套在振动加载下的应力和应变分布情况。通过数值模拟得到的应力应变分布可以用于预测疲劳损伤。
疲劳损伤指数：通过对应力应变数据进行处理和分析，得到橡胶减振衬套的疲劳损伤指数。疲劳损伤指数可以用来评估材料的疲劳寿命和性能退化情况。动态特性：研究橡胶减振衬套在振动加载下的动态特性，包括频率响应、阻尼特性等。这些特性对疲劳寿命预测和损伤评估也具有重要影响。以上是评估橡胶减振衬套疲劳寿命的常用疲劳损伤参量，通过对这些参量的分析和研究，可以更好地了解材料的疲劳性能和寿命。这些疲劳损伤参量可以用于实验测试和数值模拟，通过分析它们的变化和相互关系，可以预测橡胶减振衬套的疲劳寿命。需要根据具体情况选择合适的参量，并结合实际工况和材料特性进行综合评估。当然还有应变能密度、最大主Green-Lagrange应变和有效应力也可以用于橡胶减振衬套疲劳寿命预测的损伤参量。这些参量可以更全面地描述橡胶材料在疲劳加载下的应变和应力状态。应变能密度（Strain Energy Density）：指橡胶减振衬套在振动加载下的应变能量分布。通过计算应变能密度，可以评估橡胶材料的疲劳寿命。通常使用有限元分析等数值模拟方法来计算应变能密度。最大主Green-Lagrange应变（Maximum Principal Green-Lagrange Strain）：指橡胶减振衬套在振动加载下的最大主应变值。最大主Green-Lagrange应变是衡量橡胶材料在疲劳加载下变形程度的重要参量。图5 最大主应变云图
有效应力（Effective Stress）：指橡胶减振衬套在振动加载下的有效应力值。有效应力是基于von Mises准则等强度理论计算得出的，可以用于评估橡胶材料的疲劳寿命。
图6 有效应力云图
选择适合的疲劳损伤参量来评估橡胶减振元件的寿命取决于多个因素，包括具体的应用需求、材料特性和研究目的。没有一种损伤参量能够适用于所有情况，因此需要根据实际情况进行选择。常用的疲劳损伤参量之一包括应变能密度、最大主Green-Lagrange应变和有效应力，它们可以提供对橡胶减振衬套疲劳性能的全面描述。应变能密度可以反映橡胶材料在疲劳加载下的能量耗散情况，最大主Green-Lagrange应变可以反映橡胶材料的变形程度，有效应力可以反映橡胶材料的应力状态。不同的参量可以从不同角度对疲劳损伤进行评估。在实际应用中，根据具体的研究需求和材料特性，可以选择合适的疲劳损伤参量。通常，通过对不同损伤参量的分析和对比，可以获得更全面和可靠的疲劳寿命预测结果。此外，还可以将多个损伤参量结合起来，综合考虑不同因素的影响，以提高疲劳寿命预测的准确性。因此，没有一个单一的损伤参量可以被视为最适合的选择，而是需要根据具体情况进行综合评估和选择。三、橡胶减振元件刚度分析方法10讲
为了帮助读者朋友们更好的理解，以上分析方法我已经录制成视频课程《橡胶减振元件刚度分析方法10讲-Hypermesh和Abaqus橡胶减振元件联合仿真分析》上传到仿真秀知识平台。以下是课程大纲：
《橡胶减振元件刚度分析方法10讲-Hypermesh和Abaqus橡胶减振元件联合仿真分析》
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《橡胶减振元件刚度分析方法10讲-Hypermesh和Abaqus橡胶减振元件联合仿真分析》为订阅用户提供知识圈答疑和订阅用户交流群服务。
1、用户得到
（1）学会用HYPERMESH给橡胶减振元件主簧网格划分四、六面体网格。
（2）学习用ABAQUS进行橡胶减振元件主簧主/侧方向静刚度分析
（3）学会用ABAQUS进行橡胶减振元件主簧非线性刚度分析
（4）学会用ABAQUS进行橡胶减振元件主簧动刚度分析
（5）学会用ABAQUS进行橡胶减振元件主簧疲劳分析
（6）学会用ABAQUS进行橡胶减振元件缩径分析
（7）学会用ABAQUS进行橡胶减振元件扭转刚度分析（扭梁衬套案例）
2、适合哪些人学习
（1）悬置系统工程师
（2）悬架系统工程师
（3）理工院校学生
（4）仿真分析爱好者
3、讲师介绍
吕老师 仿真秀专栏作者 教授级高级工程师 汽车行业从业25年
负责过发动机悬置系统、发动机前端附件驱动系统、动力总成操纵系统设计开发、离合器开发、汽车燃油系统开发,在汽车动力学模拟及仿真技术和汽车噪声振动控制方面有较为深入的研究。发表论文30篇，获得发明专利授权15项，计算机软件著作权2项。
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[5]吕兆平老师：我的ADAMS汽车NVH悬置系统设计开发攻略
参考文献：上官文斌等，汽车动力总成橡胶悬置的疲劳寿命实测和预测方法，机械工程学报，2014（5）
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