橡胶有限元分析基础

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橡胶弹簧有限元分析方法研究

橡胶弹簧有限元分析方法研究

橡胶弹簧有限元分析方法研究橡胶弹簧是一种由橡胶弹性体制成的传统型弹簧,广泛应用于补偿系统、模拟系统、消声系统、减振系统等机械系统中,是一种技术性和经济性相结合的轴承元件,其中的弹性变形能起着重要作用。

有限元分析是一种现代的计算机分析技术,可以模拟物理系统中复杂问题。

有限元分析可以有效地解决橡胶弹簧的力学性能,但是,橡胶弹簧的尺寸是多变的,而有限元分析需考虑到橡胶弹簧因材料和尺寸变化而引起的应力应变不确定性,这是有限元分析技术面临的挑战。

因此,有必要对橡胶弹簧的力学行为进行有限元分析以确定材料性能和尺寸影响,研究不同的材料参数以及不同的尺寸参数对橡胶弹簧性能的影响,以期获得良好的性能和可靠性,为现代机械系统的设计提供有效的参数分析。

首先,有限元分析需要建立一个有效的数学模型,以描述橡胶弹簧的力学特性。

建模时,需要充分考虑在不同尺寸变化以及不同的材料参数下的影响,如橡胶的硬度、松紧度等,以及在承载荷重下的应力应变变化。

考虑到橡胶弹簧的非线性特性,需要将橡胶弹簧的应力应变关系式描述为一个非线性模型,以准确反映橡胶弹簧的弹性变形能力。

其次,有限元分析需要建立一个有效的方程组,以涵盖不同材料参数和尺寸参数的影响,以及材料与环境变化。

在模型建立之前,需要确定有限元分析所需的各参数,包括材料参数、尺寸参数、环境变量、荷载及其变化等。

建立有限元分析方程组后,再进行数值求解,以得到详细的有限元结果,并分析橡胶弹簧的力学行为,如应力应变关系、延伸率等。

最后,基于有限元分析结果,进行有关参数的分析,如材料参数、尺寸参数及其变化的影响等,以及环境变化的影响等。

通过模拟分析,结合弹簧实际应用情况,得出最佳的设计参数。

通过以上研究,可以有效地了解橡胶弹簧的力学行为,并为现代机械系统的设计和应用提供全面的参考依据。

未来,有限元技术将成为研究橡胶弹簧的关键技术,为实际应用提供有效的参考参数。

综上所述,通过建立一个有效的数学模型、建立一个有效的方程组和对参数进行分析,可以有效地利用有限元分析方法研究橡胶弹簧的力学行为,以期取得良好的性能和可靠性,为现代机械系统的设计提供有效的参数分析参考。

实心橡胶轮胎非线性有限元分析

实心橡胶轮胎非线性有限元分析
郭 巍 郑振 忠 吴 行 陈庆 昌 (装 甲兵工程 学院 , ’ 北京 10 7 )(装 甲兵 装备技 术研究所 , 京 107 ) 00 2 北 0 02
F nt lmen n lss on n nie r y o o i i ii ee e t ay i o l a i f l t e a n t s d r
第6 期 2 1 年 6月 01
文章编号 :0 1 3 9 (0 )6 0 6 — 2 10 — 9 7 2 1 0 — 0 5 0 1
机 械 设 计 与 制 造
Ma hi e y De in c n r sg & Ma u a t e n f cur 6 5
实心 橡胶轮胎非/ J 线 陛有 n2WUHag,HE igcag U iZ N hn zog, n I , C NQn-hn
( h cd m f r rdF re n ier g B in 0 0 2 C ia eA a e yo moe ocs gnei , e ig1 0 7 , hn ) T A E n j ( ntueo r rdF re q imet n e h ooy B in 0 0 2 C ia 2 s tt f moe ocs up n dT c n lg , e ig10 7 , hn ) I i A E a j
K e r s S l r ; m p r t r e d; n i e rfn t l m e ta a y i y wo d : o i t e Te e a u e f l No l a ie ee n n l ss d i i n i
中图分类 号 :H1 文 献标识 码 : T 6 A
1 引言
作为履带车辆的主要承载部件 , 负重轮实心轮胎要 承担整

橡胶材料本构模型的有限元分析及参数拟合

橡胶材料本构模型的有限元分析及参数拟合

橡胶材料本构模型的有限元分析及参数拟合
谢伟
【期刊名称】《福建建材》
【年(卷),期】2022()4
【摘要】橡胶是典型的超弹性材料,在外力作用下会发生非常大的变形,外力卸载后可以完全恢复至初始状态,且具有几乎不可压缩的性质,这使得其力学性能非常复杂,难以用常规的材料属性去描述。

因此,对橡胶材料的力学行为进行数值模拟分析具有十分重要的工程意义。

以橡胶材料的基础力学试验为基础,介绍了几种常见的超弹性本构模型,通过ABAQUS软件建立了相应的计算模型,得到了橡胶材料应力应变曲线,验证了有限元分析的合理性,为进一步研究橡胶材料的性质打下了基础。

【总页数】4页(P11-14)
【作者】谢伟
【作者单位】安徽理工大学土木建筑学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ3
【相关文献】
1.柔性接头弹性件超弹性本构参数拟合和低压摆动非线性有限元分析
2.本构方程对橡胶材料裂纹尖端J积分有限元分析结果的影响
3.填充橡胶材料循环加载的本构行为及数值拟合
4.一次拟合法与二次拟合法求解模型参数的研究——以林分密度控制图等上层高线模型拟合为例
5.基于Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型的橡胶材料有限元分析
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制动阀橡胶弹簧性能的有限元分析

制动阀橡胶弹簧性能的有限元分析

制动阀橡胶弹簧性能的有限元分析的报告,800字有限元分析是一种常用的工程仿真技术,用来评估结构的性能、安全性和可靠性。

本文将介绍制动阀橡胶弹簧性能的有限元方法分析,并结合具体实例讨论这种分析方法的原理、操作步骤及应用等。

一、制动阀橡胶弹簧分析原理制动阀橡胶弹簧被用于充当两个轴相互联系的弹簧,用来调整制动阀的行程和摩擦力,从而调整制动力的大小。

有限元分析可以根据设定的材料特性、定位、状态和荷载,对橡胶弹簧的物理性能进行分析仿真,以确定该部件在使用过程中的表现特性。

二、有限元分析操作步骤1. 建立有限元模型:在此步骤中,要根据需要分析的被测部件的几何尺寸和材料特性,采用有限元技术建立整个分析系统的模型;2. 设定分析参数:对模型中的几何尺寸和材料特性进行合理设定,并设定相应的荷载、操作条件,完成有限元分析的参数设定;3. 运行分析:在有限元分析软件中运行有限元分析,以获得分析结果;4. 结果分析:解析有限元分析结果,总结出受测前后所发生变化,以及分析结果对设计的影响等信息。

三、应用实例为了更充分地说明制动阀橡胶弹簧性能的有限元分析,我们结合一个具体实例来进行说明。

假设制动阀橡胶弹簧的直径为30mm,长度为50mm,材料为氢化聚氨酯,定位位置为内部,在荷载下的压缩长度为45mm,压缩时的温度为120℃。

那么,我们可以通过有限元分析获得该橡胶弹簧在荷载作用下的弹性变形、求积容量以及其他性能参数。

四、总结从上述介绍中可以看出,有限元分析是分析制动阀橡胶弹簧性能的一种有效方法。

该方法在分析参数设定、模型建立、计算运行和结果分析等方面都具有明显的优势。

同时,通过与具体实例的结合,可以更好地理解该方法的原理,以及其在工程应用上的重要价值。

有限元分析理论基础

有限元分析理论基础

有限元分析概念有限元法:把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元(子域)所构成,其模型给出基本方程的分片(子域)近似解,由于单元(子域)可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸,所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件有限元模型:它是真实系统理想化的数学抽象。

由一些简单形状的单元组成,单元之间通过节点连接,并承受一定载荷。

有限元分析:是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。

并利用简单而又相互作用的元素,即单元,就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

线弹性有限元是以理想弹性体为研究对象的,所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。

在这类问题中,材料的应力与应变呈线性关系,满足广义胡克定律;应力与应变也是线性关系,线弹性问题可归结为求解线性方程问题,所以只需要较少的计算时间。

如果采用高效的代数方程组求解方法,也有助于降低有限元分析的时间。

线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线弹性动力学分析两方面。

非线性问题与线弹性问题的区别:1)非线性问题的方程是非线性的,一般需要迭代求解;2)非线性问题不能采用叠加原理;3)非线性问题不总有一致解,有时甚至没有解。

有限元求解非线性问题可分为以下三类:1)材料非线性问题材料的应力和应变是非线性的,但应力与应变却很微小,此时应变与位移呈线性关系,这类问题属于材料的非线性问题。

由于从理论上还不能提供能普遍接受的本构关系,所以,一般材料的应力与应变之间的非线性关系要基于试验数据,有时非线性材料特性可用数学模型进行模拟,尽管这些模型总有他们的局限性。

在工程实际中较为重要的材料非线性问题有:非线性弹性(包括分段线弹性)、弹塑性、粘塑性及蠕变等。

2)几何非线性问题几何非线性问题是由于位移之间存在非线性关系引起的。

当物体的位移较大时,应变与位移的关系是非线性关系。

研究这类问题一般都是假定材料的应力和应变呈线性关系。

它包括大位移大应变及大位移小应变问题。

橡胶隔振器大变形有限元分析

橡胶隔振器大变形有限元分析
振 第3 2卷第 5期




J OURNAL OF VI B RATI ON AND S HOCK
橡 胶 隔振器 大 变形 有 限元 分 析
周振凯 ,徐 兵 ,胡文军 ,韦利 明 ,牛 伟
( 中国工程物理研究 院 总体工程研究所 , 四川
绵阳 6 2 1 9 0 0 )
Ab s t r a c t : T h e t e n s i l e ,c o mp r e s s i o n a n d s h e a r d e f o r ma t i o n s o f r u b b e r i s o l a t o r we r e s t u d i e d b y F EA, u s i n g

优 良, 因此 被广 泛 应 用 于工 业 领 域 。橡 胶 在 工业 上 大 多 与其 它金属 结合 组成 零 部件 , 用于支撑、 振 动 隔离 或
振动保护等…。橡胶隔振器即t h e c o n s t i t u t i v e mo d e l o f ub r b e r i s o l a t o r u n d e r t h r e e d i f f e r e n t c o n d i t i o n s wa s o b t a i n e d, w h i c h p r o v i d s a g o o d
橡 胶材 料 具 有 很 多独 特 的物 理 及 化 学 特 性 , 如 超
弹性 , 易 变形 , 且柔 软性 、 耐磨性、 绝缘 性 及 阻 隔性 十 分
料试 验 数据 J 。而有 关文 献 主要偏 重 于本 构 模 型 的选 择- 3 I 6 与推导 , 对 橡 胶 结 构 不 同变 形 模 式 下 材 料 数 据选取 的研 究很 少 涉及 。通 常 认 为 , 采 用 材 料 试 验 数据 种类 越 全 , 数量越 多, 计 算 结 果 越 准 确 。实 际 上 , 因实 验条 件及成 本制 约 , 进 行完 整试 验 测 试较 困难 ; 另

Marc有限元分析

Marc有限元分析

1.工程背景:橡胶一词来源于印第安语cau-uchu,意为“流泪的树”。

天然橡胶就是由三叶橡胶树割胶时流出的胶乳经凝固、干燥后而制得。

1770年,英国化学家J.普里斯特利发现橡胶可用来擦去铅笔字迹,当时将这种用途的材料称为rubber,此词一直沿用至今。

橡胶的分子链可以交联,交联后的橡胶受外力作用发生变形时,具有迅速复原的能力,并具有良好的物理力学性能和化学稳定性。

橡胶是橡胶工业的基本原料,广泛用于制造轮胎、胶管、胶带、电缆及其他各种橡胶制品。

橡胶是介于固体和理想流体之间的一类特殊材料,具有独特的优良特性,如柔韧、耐磨、耐腐蚀、绝热绝缘等, 但是橡胶具有复杂的力学性质,比如对外界的微小作用具有敏感性,施加小载荷即可产生较大变形,其变形响应具有几何非线性与物理非线性的特点,在接触问题中还具有接触边界非线性特点。

在现实中,橡胶材料的应用也越来越广阔,也就我们对各种橡胶模型进行受力分析,找出破坏点,优化结构等等。

这次的课题是有缺口的橡胶平面板在拉伸过程中的位移,应力分布,以及找到应力集中点,找的易被破坏的点。

2.题目:如图所示橡胶缺口实践,宽、高、厚分别为300mm、200mm、1mm,缺口深30mm,材料选择Mooney材料,P=10MPa,C1=8,C2=2。

(1)建模划分单元:划分单元模型(2)有限元分析、位移应力云图:如位移云图所示在图1位置应变最大,如柯西应力、Mises 应力云图所示最大应力出现在缺口顶角和橡胶板的四角处,应力集中。

在模型上延X 轴画一路径,绘出位移延路径变化的曲线,如路径位移曲线所示。

位移云图 柯西应力云图路径1Mises 应力云图 位移路径曲线(3)结果分析:经分系位移分布近似与位移云图所示分布相当,因上边缘有缺口,所以右上角位移相对较大。

应力分布近似与柯西应力、Mises 应力云图所示分布相当,最大位移出现在缺口顶尖,是应力集中的表现。

参考资料:新编Marc 有限元实例教程 成火红 杨剑 编著 机械工业出版社。

橡胶非线性有限元分析

橡胶非线性有限元分析

bõSn≤0 if X õb+ u= H 切向作用 滑移: f S= f NL S≥f NL 驻定: S≤f N L L: 摩擦系数 2. 3 中介参考构形——移动的 Lagrangian 构形
轮胎是在地面上不断滚动的, 以初始构形为参考构形分析要求必须追踪轮胎的所有的滚
充气载荷 S ij Gj õb= Põb b: 外表面法矢
轮辋约束 X = g g: 轮辋约束函数
X õb+ u≤H
地面作用 bõSn= 0 if X õb+ u≤H on # c H : 地面约束函数
由点进行位移校核, 如果其落入接触区, 则赋予其增量 约束[ 6, 7] 。将接触点分成两类: 驻定的和滑动的, 如果约
束切反力超过最大摩擦力, 则将驻定接触点释放成滑动 点, 并将摩擦力化成主动力进行计算, 否则保持其粘连。 对整个过程进行迭代直到满足收敛条件, 本文中所用收 敛判据是最大位移判据。
摘 要 用非线性有限元 法对一种典型的橡胶 复合材料结构 —— 轮 胎的力学性能进行了 分析。给 出了轮胎滚动边界值问题的数 学描述和有限元列 式及相应的求解策 略。取旋转刚 体构形为参考构 形, 得到消去时 间变量的 惯性场和控 制方程。用增量约 束方法处理 轮胎滚动 接触问题可 以达到收 敛快、精度高。研究了滚动参数 对轮胎总体和局部 变形和受力的影响。计算结果与 已有数据和试验 相吻合, 对轮胎设计和汽车动力学有指导意义。 关键词 橡胶复合材料, 轮胎, 滚动接触, 约束增量, 非线性 有限元 中图分类号 TB332, O242. 21, V255. 3
A0
将式( 8) 代入( 9) 并整理得到
0
∫ ∫ ∫ ( BTS + N TQ5 ( N ) ue) dV0 = V0
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应变 (%)
-20 -50
30
实验
20
Ogden 3
Ogden 5
10
Ogden 7
M-R 2 Gauss
实验 M-R 1 SVD M-R 2 SVD M-R 3 SVD
M-R 3 Gauss
0 50 100 150 200
应变 (%)
Mooney-Rivlin
应力(pa)
0
-10
Ogden
-20
-50 0 50 100 150 200
0 0.0
轴向 径向
0.5 1.0 1.5 2.0
位移(mm)
• 复杂形状悬架衬套弹性静力学特性分析的有限元方法(2/2)
计算结果和实验结果的比较!!
284
275
291
• 单元特性对橡胶主簧静态特性有限元分析结果的影响
-对垂直刚度的影响
单元类型
单元最 大尺寸
(mm) 结点数
单元数
垂直刚度 (N/mm)
相对误差(%)
8/1 (六面体) 4
9763 16171
305
7
10/4
6 14304 8517
265
1.6
(四面体) 8
8868 5186
265
弹簧手册k rΒιβλιοθήκη 1L(Ea B
G)
ln( )
A
轴向刚度
ka

2GL
B
ln( )
A
• 复杂形状悬架衬套弹性静力学特性分析的有限元方法(1/2)
应力(Mpa) 力 (N)
6
4
实验
Ogden 3
2
0
-2
-4 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
应变
7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000
本构方程
ij

pij

2G
' ij
选用位移/压力插值公式 的单元
3 建模与网格划分的一般原则
• 建模
AUI 线框模型;ADINA-M 实体模型
• 网格划分:高级波前法和Delaunay方法
波前网格划分法的速度相对的较慢,对于复杂的几 何体,健壮性和稳定性稍差,但是收敛不成问题。 Delaunay网格划分法的健壮性很好,速度相对较快, 并且支持各向异性网格生成和网格自适应,它是 ADINA默认的网格剖分器。
b.实验数据的拟合
3 Nj
S
(
(
j i

ˆ
j i
(kj
))
2
)
j1 k 1
S 0 Ci
3
j 1
Nj
(
j k
k 1

ˆ
j k
(kj
ˆ
))(
j k
Ci
(kj ))

0
j为实验的类型:单轴 向拉伸,j=1;平面剪 切,j=2;等双轴向拉 伸,j=3。Nj为实验点 的个数
• 网格尺寸
网格尺寸的大小与单元特性和网格划分方法等有关
4 液阻悬置橡胶主簧弹性特性的有限元分析(1/6)
• 模型
• 三向静刚度的计算结果
力(N)
3000
2500
2000 1500 1000
500
X(实验) X(FEM) Y(实验) Y(FEM) Z(实验) Z(FEM)
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
应变 (%)
2 橡胶元件弹性特性的有限元分析中的若干问题(5/4)
• 橡胶材料超弹性本构关系的确定与分析
d. 单元的选取
ij

KV ij

2G
' ij
K 体积模量 V 体积应变
' 偏应变张量 ij
对于橡胶类的不可压缩材料,其泊松比比接近与0.5
K
V 0
物体所受的压力 p KV 是有限的
Gauss, SVD 求解
2 橡胶元件弹性特性的有限元分析中的若干问题(4/4)
应力(Mpa)
• 橡胶材料超弹性本构关系的确定与分析
c. 实验数据的分析
10
12
5
应力(Mpa)
10
V=30 mm/min
V=60 mm/min
0
8
V=120 mm/min
-5
6
4
-10
2
-15
0 0
100 200 300 400
到更复杂的变形模式
2 橡胶元件弹性特性的有限元分析中的若干问题(1/4)
• 应变能函数
Mooney-Rivlin、Ogden、Neo-Hookean、 Yeoh、Arruda-Boyce等等。这些应变能函数是 橡胶材料参数的函数。Treloar[40]认为,选择哪类 形式,简单地讲,仅是个便于应用的问题。
从有限元分析的角度讲,根据实际问题的需 要,只要提供合理数量的拟合系数,能充分描述材 料性能,选择哪类应变能函数都可行。
2 橡胶元件弹性特性的有限元分析中的若干问题(1/4)
• 应变能函数
Mooney-Rivlin、Ogden、Neo-Hookean、 Yeoh、Arruda-Boyce等等。
至于选择哪一具体形式的应变能函数,由研究 者视具体问题分析比较确定,如Mooney-Rivlin、 Ogden和Yeho等模型都曾经被用在轮胎的有限 元分析中。
径向刚度 Hill(1975)
Horton(2000) (RCT)
K LG 平面应变(长衬套)
rL
L
K rS S LG
平面应力(短衬套)
KrH

1 [ln( B ) 4A
B2 B2


A2 A2
]

1 10
c1
(
L A
1 )2
c2
LG
• 规则形状悬架衬套弹性静力学特性分析的解析计算方法(2/2) 径向刚度
汽车橡胶减振元件弹性特性的有限元分析
1 前言 2 橡胶元件弹性特性的有限元分析中的若干问题 3 建模与网格划分的一般原则 4 液阻悬置橡胶主簧弹性特性的有限元分析 5 悬架衬套弹性特性的分析
• 必要性
1前言
开模具之前大致确认刚度的可实施性。
• 复杂性
材料特性和几何特性都是非线性
• 可能性
橡胶本构研究理论的发展;计算计硬件的发 展;软件的能力(ABAQUS,MARC,ADINA等)
2 橡胶元件弹性特性的有限元分析中的若干问题(2/4)
• 橡胶材料超弹性本构关系的确定与分析
a. 实测橡胶材料的应力~应变
3 Nj
S
(
(
j i

ˆ
j i
(kj
))
2
)
j1 k 1
2 橡胶元件弹性特性的有限元分析中的若干问题(3/4)
• 橡胶材料超弹性本构关系的确定与分析
a. 实测橡胶材料的应力~应变
位移(mm)
• 应力分析结果
Von Mises 等效应力(Mpa)
最大剪应力(Mpa)
• 橡胶主簧不同结构方案的分析
方案II
方案 III
橡胶主簧结构方案I、II、III垂直刚度的计算值
模型
结点数
I
21172
II
20608
III
21306
单元数 33935 30268 34299
垂直刚度 (N/mm)
1.6
11/4(四面体) 8
19049 7071
279
-2
27/4(六面体)
38108 9205
262
-8
4
• 单元特性对橡胶主簧静态特性有限元分析结果的影响 -对应力的影响
8/1 单元
10/4单元 11/4单元
5 悬架衬套弹性特性的分析
• 规则形状悬架衬套弹性静力学特性分析的解析计算方法 (1/2)
• 目前的研究状况
静力学特性的分析与优化;橡胶动态特性有 限元分析方面的文章很少。
2 橡胶元件弹性特性的有限元分析中的若干问题(1/4)
• 基本过程
描述橡胶材料力学性能的基本方法是通过实 验确定某一简单变形模式的应力-应变属性, 然后通过回归分析,以一个适当的应变能函数 对实验得到的应力-应变数据拟合,并将拟合 得到的有关参数作为有限元分析的输入,进而预 测要设计橡胶部件的载荷-变形性能。这个过 程是由简单变形模式的曲线拟合过程,并被推广
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