橡胶分析与ABAQUS--黄友剑100

黄友剑黄友剑2007年4月2007年ABAQUS华中地区技术研讨会橡胶减振器设计分析与橡胶减振器设计分析与ABAQUSABAQUS模拟模拟仿真仿真时代新材1.1.橡胶橡胶分析的难点与挑战分析的难点与挑战2.2.橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构及及典型承载典型承载3.3.橡胶材料的基础实验与参数拟合橡胶材料的基础实验与参数拟合4.4.ABAQUSABAQUS特有功能在橡胶分析中的应用特有功能在橡胶分析中的应用5.5.展望展望ABAQUSABAQUS在求解橡胶问题的新的研究方向在求解橡胶问题的新的研究方向研讨内容研讨内容2007年ABAQUS华中地区技术研讨会株洲时代新材1.1.PredictingcomponentfailurePredictingcomponentfailure2.2.AnalyzingstressandstrainhistoriesAnalyzingstressandstrainhistories3.3.CreatinganaccurateFErepresentationCreatinganaccurateFErepresentation一、一、橡胶分析难点与挑战橡胶分析难点与挑战2007年ABAQUS华中地区技术研讨会¾¾玛琳效应玛琳效应¾¾粘弹性粘弹性¾¾最大应变状态最大应变状态¾¾超弹材料选择超弹材料选择4.4.CreatingmaterialmodelandtestforFEACreatingmaterialmodelandtestforFEA¾¾橡胶超弹性与非线形橡胶超弹性与非线形2、拐点非线性４、载荷位移曲线一、橡胶分析的难点与挑战一、橡胶分析的难点与挑战技术研讨会¾¾橡胶超弹性与非线形橡胶超弹性与非线形1、空气导管3、压缩模型一、橡胶分析的难点与挑战一、橡胶分析的难点与挑战技术研讨会¾¾玛琳效应玛琳效应((MullinsMullins))2007年ABAQUS华中地区技术研讨会图图11--11加载与应变历程加载与应变历程橡胶经历加载-卸载,重加载循环,卸载应力远低于加载时的应力，重加载时，随应变的增加应力应变曲线，首先沿着卸载曲线，随着应变的增加，应力应变曲线与主曲线重合，这种应力软化即玛琳效应！利用JörgenBergström提供的本构模型，ＡＢＡＱＵＳ可以同时对超弹及Mullins进行拟合。¾¾玛琳效应玛琳效应((MullinsMullins))2007年ABAQUS华中地区技术研讨会图图11--22玛琳效应拟合玛琳效应拟合橡胶经历加载-卸载,重加载循环,卸载应力远低于加载时的应力，重加载时，随应变的增加应力应变曲线，首先沿着卸载曲线，随着应变的增加，应力应变曲线与主曲线重合，这种应力软化即玛琳效应！利用JörgenBergström提供的本构模型，ＡＢＡＱＵＳ可以同时对超弹及Mullins进行拟合。22、、粘弹性粘弹性((ViscoelasticityViscoelasticity))2007年ABAQUS华中地区技术研讨会图图11--3:3:超弹材料的粘弹曲线特性超弹材料的粘弹曲线特性图图11--4:4:不同温度条件下材料的粘弹特性不同温度条件下材料的粘弹特性ABAQUS首先拟合粘弹曲线，然后用此预测元件的动刚度、蠕变等特性¾¾粘弹性与动刚度粘弹性与动刚度-4-3-2-10123400.050.10.150.20.25加载循环(time)周期载荷(kN)012345678910-4-3-2-101234DynamicDisplacement(mm)DynamicLoading(kN)5、动态加载工况6、动刚度曲线一、橡胶分析的难点与挑战一、橡胶分析的难点与挑战技术研讨会7、动载曲线8、动刚度曲线¾¾粘弹性与动刚度粘弹性与动刚度一、橡胶分析的难点与挑战一、橡胶分析的难点与挑战技术研讨会¾¾网格设计与分析网格设计与分析(o(o形圈密封形圈密封))一、橡胶分析的难点与挑战一、橡胶分析的难点与挑战技术研讨会网格网格上表面承载上表面承载上表面承载上表面承载两种网格两种网格1.1.橡胶球铰：弹性定位套、定位节点、汽车球铰橡胶球铰：弹性定位套、定位节点、汽车球铰2.2.压缩型减振元件：轨道减振器、弹性垫板、桥梁支座、橡胶堆压缩型减振元件：轨道减振器、弹性垫板、桥梁支座、橡胶堆3.3.剪切型橡胶弹簧剪切型橡胶弹簧二、二、橡胶元件的典型结构及承载特性橡胶元件的典型结构及承载特性2007年ABAQUS华中地区技术研讨会¾¾空气弹簧空气弹簧¾¾轴箱弹簧、轴箱弹簧、VV型弹簧型弹簧¾¾轨道减振器轨道减振器¾¾风力齿轮风力齿轮¾¾汽车橡胶弹簧汽车橡胶弹簧4.4.系统部件：空气弹簧、推力杆、扭杆。系统部件：空气弹簧、推力杆、扭杆。11、、橡胶球铰橡胶球铰((弹性定位套弹性定位套))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--11自由面设计与分析自由面设计与分析特点：特点：在汽车、机车、机械行业获广泛使用，起定位、提供弹性等作用在汽车、机车、机械行业获广泛使用，起定位、提供弹性等作用11、、橡胶球铰橡胶球铰((弹性定位套弹性定位套))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--22弹性定位套弹性定位套特点：特点：在汽车、机在汽车、机车、机械行车、机械行业获广泛使业获广泛使用，起定用，起定位、提供弹位、提供弹性等作用性等作用22、、橡胶球铰橡胶球铰((轴箱节点轴箱节点))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--33结构设计与分析结构设计与分析利用利用ABAQUSABAQUS预测元件的轴预测元件的轴向、垂向、纵向三向刚度，向、垂向、纵向三向刚度，从面满足产品的设计要求。从面满足产品的设计要求。22、、橡胶球铰橡胶球铰((轴箱节点轴箱节点))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--33结构设计与分析结构设计与分析利用利用ABAQUSABAQUS预测元件的轴预测元件的轴向、垂向、纵向三向刚度，向、垂向、纵向三向刚度，从面满足产品的设计要求。从面满足产品的设计要求。22、、橡胶球铰橡胶球铰((定位节点定位节点))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--44定位节点的设计与分析定位节点的设计与分析22、、橡胶球铰橡胶球铰((定位节点定位节点))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--44定位节点的设计与分析定位节点的设计与分析22、、橡胶球铰橡胶球铰((定位节点定位节点))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--44定位节点的设计与分析定位节点的设计与分析22、、橡胶球铰橡胶球铰((汽车节点汽车节点))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--55定位节点的设计与分析定位节点的设计与分析22、、橡胶球铰橡胶球铰((汽车节点汽车节点))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--55定位节点的设计与分析定位节点的设计与分析22、、橡胶球铰橡胶球铰((汽车节点汽车节点))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--66汽车球铰的承载动画汽车球铰的承载动画图图橡胶球铰各向承载动画橡胶球铰各向承载动画22、压缩型、压缩型减振元件减振元件((轨道减振器轨道减振器))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--66设计与分析设计与分析利用利用ABAQUSABAQUS软件可预测元件动静刚度比、自振频繁等表征软件可预测元件动静刚度比、自振频繁等表征!!22、压缩型、压缩型减振元件减振元件((轨道减振器轨道减振器))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--66设计与分析设计与分析利用利用ABAQUSABAQUS软件可预测元件动静刚度比、自振频繁等表征软件可预测元件动静刚度比、自振频繁等表征!!22、压缩型、压缩型减振元件减振元件((橡胶堆橡胶堆))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--7ABAQUS7ABAQUS与压缩型元件与压缩型元件22、压缩型、压缩型减振元件减振元件((橡胶堆橡胶堆))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--7ABAQUS7ABAQUS与压缩型元件与压缩型元件22、压缩型、压缩型减振元件减振元件((橡胶堆橡胶堆))二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图22--7ABAQUS7ABAQUS与压缩型元件与压缩型元件33、剪切型、剪切型橡胶元件橡胶元件（（轨道减振器轨道减振器））二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会轨道减振器图图33--22自由面设计与优化自由面设计与优化33、剪切型、剪切型橡胶元件橡胶元件（（轨道减振器轨道减振器））二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图3-3：轨道减振器双刚度特性利用ABAQUS可很好的预测出元件所需要的刚度拐点33、剪切型、剪切型橡胶元件橡胶元件（（轴箱弹簧轴箱弹簧））二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图33--44轴箱弹簧结构与分析轴箱弹簧结构与分析开孔方向应力集中破坏位置无应力集中33、剪切型、剪切型橡胶元件橡胶元件（（轴箱弹簧轴箱弹簧））二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会ABAQUS，并结合工程实际，能较好的分析出产品可能破坏的位置，这为优化结构，提高产品寿命提供了可能。33、剪切型、剪切型橡胶元件橡胶元件（（VV型弹簧型弹簧））二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图33--55轴箱弹簧分析与设计轴箱弹簧分析与设计33、剪切型、剪切型橡胶元件橡胶元件（（VV型弹簧型弹簧））二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图33--55轴箱弹簧分析与设计轴箱弹簧分析与设计01020304050607080900102030405060分析试验33、剪切型、剪切型橡胶元件橡胶元件（（汽车橡胶汽车橡胶弹簧弹簧））二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图33--66汽车橡胶弹簧汽车橡胶弹簧33、剪切型、剪切型橡胶元件橡胶元件（（汽车橡胶汽车橡胶弹簧弹簧））二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图图33--66汽车橡胶弹簧汽车橡胶弹簧人们高的舒适性要求人们高的舒适性要求————大的垂向挠度，低系统频率大的垂向挠度，低系统频率————空气弹簧空气弹簧————水水平向控制问题突出平向控制问题突出————进行解耦设计进行解耦设计————独立控制部件产生，控制杆独立控制部件产生，控制杆系系————扭杆、推力杆扭杆、推力杆转向架悬挂控制系统汽车悬架系统44、、系统部件（空气弹簧、推力杆、扭杆）系统部件（空气弹簧、推力杆、扭杆）二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会44、系统部件、系统部件（（空气弹簧空气弹簧））二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会图：空气弹簧系统二汽QD260空气弹簧QD260空簧装车实验道路郑州宇通916锥形簧二、二、橡胶元件的典型结构橡胶元件的典型结构ABAQUSABAQUS研讨会研讨会气囊打折分析