怪人 2018-01-11王鹏博模态空白表格

1、概述

汽车制造业,橡胶材料的请求无条件的于巴西橡树橡胶。,它指的是随便哪一个人与自然地力学技能类似的材料。。橡胶事实上是一种高分子多聚物(通常超越10万)。,心不在焉静止材料的高机动性。,它也高的超机动性材料。。

巴西橡树橡胶亲嗣相干于美国发展中国家的雨水。,即三叶橡胶树,丛毛被剥离后,乳剂暴露是巴西橡树橡胶。。合成橡胶则是由不相同单体用化学功用方式凑合而成,刺桐烯单体、乙烯基苯、乙烯基氰、异丁烯、氯刺桐烯等多种,次要因石油炼制厂。。

图1 橡胶高分子的长磁链构

橡胶的高分子是长磁链构。,这种分子组织使变软橡胶制品。、脆冷、难以塑造、易磨损、溶于有机溶剂,因而为了向前推橡胶的功用,必不行少的事物对其举行热补。。在必然的高烧和压力使习惯于,生胶与热补剂的化学功用反应,橡胶高分子短暂拜访长链衔接塑造三维NE,终于它具有较高的机动性。、耐高温、抗张说服力和在有机溶剂切中要害不溶性。。

图2 黑色素在橡胶高分子上的吸附

橡胶通经用黑色素变高。。黑色素短暂拜访吸附橡胶分子和表格利润变高效果;黑色素颗粒本质上塑造两层把编排到广播网联播。,二级把编排到广播网联播也橡胶分子-黑色素粒子当中的把编排到广播网联播在橡胶金属等变形的课程中会发作使失败与重构。因而在向橡胶中厕黑色素后,,其伸说服力、坚硬和耐磨强度狡猾的向前推。。

2、橡胶材料的力学功用

橡胶材料的力学功用可分为超机动性粘机动性两类。超机动性特征次要是低模量和高延展性。、非线性的应力-语气购买与简直不行紧缩性粘机动性次要表现为蠕变和应力跛行。、滞后特性、静态使变软特性和高烧效应

橡胶材料的超机动性功用

低模量和高延展性是最要紧和最要紧的物质的P。。图3是NR的应力伸长率购买。,伸长率可达500%~1000%。。小S的杨氏模量(由购买的突兀的转向表现)。这种高可伸开性和低模量与金属材料恰恰相反,普通钢,杨氏模量约为200 GPa。,最大机动性伸长率约为10%或更低。。

图3 热补橡胶类型伸应力-伸长率购买

鉴于低模量和高延展性。,橡胶在很小的应力下会发作海拔高度金属等变形。,并常陪伴大旋转。。

从图4所示的应力-语气购买,R的非线性的特性。,因而除非在小语气类别内。,杨氏模量普通不克不及规定。。橡胶机动性与金属机动性的一个人要紧分别是Ru。,橡胶材料的慢速装卸,装货手段和财力和倾销手段和财力可以被以为是划一的。,换句话说,在橡胶被去除后,橡胶C的金属等变形。。

(a) 金属的应力-语气购买

(b) 橡胶应力-语气购买

图4 金属弹黏性与橡胶非线性的机动性

橡胶材料的另一个人特征是它的堆积起来简直不一致的。,其横向变形系数通常大于或超越。,异乎寻常的着手处理限值。。这具有重要性由静水压力领到的金属等变形着手处理0。,通向纯堆积成堆的有限元课程无法处理,必要特殊假造。。

橡胶材料的粘机动性

静重,语气总是间加法运算的景象。,称为蠕变。不相同材料或材料在不相同使习惯于的蠕变,橡胶和静止多聚物特殊狡猾的。。忠实的语气下应力总是间减小的景象或课程,称为应力跛行,橡胶和静止交联多聚物,短暂拜访许久,应力垂下到必然的值。,但它通常无能力的使沮丧到零。。蠕变和跛行具有重要性橡胶材料功用的使沮丧。

更迭功用下多聚物应力滞后语气景象滞后景象,如图5。因在滞后景象。,交变应力下,橡胶的机动性模量事实上是复数的表格。,真实做切片高的贮存模量,虚部称为虚部亏耗模量。亏耗模量与储能模量之比称为亏耗模数比。亏耗割线,也叫浪费限定性的或组织阻抑系数。亏耗角割线事实上是每个时期的放荡活力之比。,它代表了橡胶材料的阻抑功用。。

图5 滞后景象

橡胶的黏性特征也正好行动派恩效应。,橡胶静态力学功用的非线性的代理。换句话说,跟随语气振幅的增大,储能模量E减小。,亏耗模量E随语气幅值的增大而增大。、遂愿极值后垂下。。

图6 储能模量和亏耗模量随语气幅值的多样化

橡胶材料特性对高烧敏感。跟随高烧的被举起或抬高,储能模量和亏耗模量值将驳倒。,如图7所示。

图7 高烧对橡胶复合模量的效果

3、橡胶材料本构相干

线性的机动性材料,应力可由小语气和机动性模量利润。,这执意咱们所说的推广Hooke法学。。尽管如此,橡胶材料在受试时会发作很大的金属等变形。,此刻小金属等变形语气和机动性模量的请求绝不恳求。譬如,单向紧缩橡胶作为代表或范例的。,免得初始杨氏模量为1MPa,标称应力为1MPa,搁浅推广Hooke法学I计算的紧缩语气,换句话说,橡胶被紧缩到0。,这显然与现实健康状况不服从。。

橡胶材料,通常运用绿色金属等变形张肌C或格林语气张肌E来举行DESC。。语气能密度W规定为格林语气张肌的作用。,应力可由语气能作用导出。,即

坚持到底,这时的应力张肌S是次要的类p- K应力张肌。。

绿色金属等变形张肌与格林语气张肌

当作大金属等变形成绩,绿色金属等变形张肌C可以被规定。,决定邻域内的金属等变形养护。,X是金属等变形后的协同带菌者。,U是堆积成堆带菌者。,演讲的度量张肌。。

金属等变形前后的堆积起来比J是由C利润的。金属等变形养护也用于加强语气格林语气张肌E来决定。,这与格林金属等变形张肌顾虑。

堆积成堆与堆积成堆的相干

小金属等变形使习惯于,疏忽这两个伸出。,格林语气张肌退化为小金属等变形语气张肌。

一种经用的超机动性材料以前的

橡胶及其它超机动性材料,语气能密度作用可以表现为三I的作用。,

让咱们推测橡胶是不行紧缩的。,即I3=1,里夫林提升语气活力作用表现列举如下

免得你只拿第一个人伸出,就抓住Neo Hookean以前的

常数C10=G/2,G是初始可用于切割模量。。

乍看之下使成为一体惊叹,规定橡胶材料特性只必要奇数的机动性永恒值G,而使用线机动性作品规定材料特性却必要堆积起来模量K和可用于切割模量G这两个互不相干的机动性常数。这是鉴于不行紧缩堆积起来的推测。。从物质的角度,橡胶材料的堆积起来多样化与可用于切割金属等变形比拟可以疏忽漠视。,换句话说,G/K很决不1。,粗暴地为10-4数量级,终于,橡胶材料的应力仅有的短暂拜访可用于切割来决定。。

新胡肯
该以前的表格复杂。,它最大的优点是它只必要从TES中抓住常数C。10,终于,所需的棘手的次数最少。。但也有缺点。,大语气与现实健康状况的分别太大了。,仅恳求于语气<30%的健康状况。

整队(9)到次要的项。,就抓住Mooney-Rivlin以前的 

穆尼Riv麟以前的是因为以下推测:

(1) 橡胶在金属等变形前是不行紧缩的和均质性的。。

(2) 复杂可用于切割由复杂伸和复杂可用于切割叠加结合。。

式(10)中C10和C01领地正定的常数。。当作弥撒曲橡胶,C10/C01≈时,在语气150%内可以抓住有理的近似值。。

穆尼-里夫林以前的已被广阔的认可。,但在稍微健康状况下可能性过于僵化。,恳求于小金属等变形和中庸金属等变形。。

Yeoh以前的高阶项用于有待改正语气能作用。,词句列举如下

Yeoh以前的思索了我。1的高阶项,不相同实验切中要害通知使结合成为整体,在中到大金属等变形类别的仿照严守标准的较高。

奥根以前的它同样一个人经用的以前的。,它运用绿色语气张肌三主轴和三个次要伸长率。1、λ2和λ3规定语气能密度

奥格登以前的可以自在地健康状态出发数以西装棘手的通知。,尽管如此,由不相同棘手的决定的材料常数可能性责任COM。。

4、有限元仿照课程

超机动性材料的规定

缆车或零件震动辨析普通是因为线性的化推测的。,此刻,橡胶材料可以规定为均质性线性的机动性体。,输出材料的模量可以是杨氏模量E。,它也可以是可用于切割模量G和横向变形系数。。坚持到底,这时的模量必须是橡胶件的突兀的转向模量。,而责任初始模量。;免得运用堆积成堆单位,甚至橡胶同样完整不行紧缩的。,横向变形系数同样不行接到的。,横向变形系数通常设置为以下

静说服力辨析,橡胶件应思索大金属等变形。,它正好行动海拔高度非线性的。。此刻应将橡胶材料规定为超机动性材料,在辨析中必要多少非线性的。

经用的非线性的有限元求解器,如ABAQUS、Marc、储备物质了NASTRAN的SOL400等。新胡肯、Mooney-Rivlin和Odgen等一种经用的超机动性材料以前的供用户选择。这些有限元软件也储备物质了实验通知安装功用。。用户输出实验的名应力和名语气值,软件采取最小二乘方法计算材料常数。。软件可以婚配的棘手的通知:

单轴伸与紧缩

等轴伸和紧缩

立体拉压

三轴伸紧缩

为了向前推竞赛严守标准的,实验应搁浅可能性的金属等变形时尚设计。。譬如,作为代表或范例的在仿照中忍受紧缩填充物。,咱们必须从单轴或双轴紧缩实验中搜集通知。,而责任伸实验通知。。在竞赛辨析中,免得橡胶件的语气类别较小,咱们只必要做中低语气实验。。

在现实汽车伸出开门切中要害服用,在大量健康状况下,咱们只变卖橡胶材料E的初始机动性模量。,此刻,默许的橡胶材料不克不及被紧缩。,用Neo Hookean以前的规定橡胶超机动性,常数C101/6设置为E

单元的选择

免得材料是不行紧缩的,该匹配在静水压力下无能力的发生随便哪一个人金属等变形。,结节堆积成堆不克不及计算应力。。换句话说,不行紧缩材料,单独的纯堆积成堆单元不克不及处理。。

当材料不行紧缩或简直不行紧缩时(横向变形系数),应采取混合动力机组。。混合单元包括一个人附加的自在度,它可以正好,结节堆积成堆用于计算语气影响或应力影响。。

Abaqus的私生子是由字母H使杰出的。,譬如,六面体的固体的元素C3D8的私生子对应于。

方法引入可紧缩性

橡胶事实上是不行紧缩的。,责任完整不行紧缩的。,偶尔咱们也必要思索它的可紧缩性。。此刻,可以将堆积起来语气能添加到语气能D中。。

譬如Abaqus切中要害Neo Hookean以前的和Moony-Rivlin以前的的堆积起来语气能项为列举如下表格:

进入D1=2/K,K是初始堆积起来模量。。免得材料是完整不行紧缩的,以后D1设置为0。

Abaqus中奥根以前的的堆积起来语气能则使用多词学名的让步

进入D1=2/K,K是初始堆积起来模量。。免得材料是完整不行紧缩的,全Di设置为0。

粘机动性仿照

在Abaqus中*
粘机动性关键词
储备物质了丰富多彩的的粘机动性仿照作用,可以规定蠕变和应力跛行的时域特征,它也可以被规定。语气滞后的频域特性,你也可以输出时期和高烧限制因素。,以规定橡胶粘机动性的时期-高烧效应。具体操作请适用于ABAQUS手册。,本文将不作清楚的引见。。

因为NASTRAN的静态辨析是线性的辨析。,材料的粘机动性不克不及正好规定。,尽管如此,RUBB的滞回特性领到的活力放荡。此刻,应思索橡胶的落后特性。,在相符合的MATI卡GE场中橡胶材料的输出亏耗限定性的。。

5、小结

1)
橡胶超机动性特征次要是低模量和高延展性。、非线性的应力-语气购买与简直不行紧缩性;粘机动性次要表现为蠕变和应力跛行。、滞后特性、Paybe效应与高烧效应。

2)
橡胶及其它超机动性材料,语气能密度通常被规定为绿色语气T的作用。,语气能密度作用用于导出格林应力张肌。

3)
共有的的橡胶超机动性本构相干以前的有新胡肯、Mooney Rivlin与奥根,进入穆尼-里夫林以前的已被广阔的认可。。

4)
免得橡胶材料是不行紧缩的或简直不行紧缩的(泊松),在有限元辨析中应采取混合动力机组。仿照。

5)
线性的动力学辨析通常不克不及正好规定粘机动性力学。,尽管如此,RUBB的滞回特性领到的活力放荡,此刻,应思索橡胶的落后特性。。

传记体文学

王鹏博,清华大学力学博士,汽车组织CAE辨析专家。重庆省科学技术协会会员、计算机辅助工程同业评判、交通部伸出评价专家。汽车疲乏的保持不变/ NVH/相撞提供保护的功用的专业势力范围,轿车车身组织的最佳化与轻量子化,课程自动化的CAE辨析等。。

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