怪人 2018-01-11王鹏博模态空的空间或地点

1、概述

汽车制造业,橡胶材料的观点过多的于生胶。,它指的是若干与敢情力学素养批准的材料。。橡胶事实上的是一种高分子高分子化合物(通常超越10万)。,缺乏倚靠材料的高灵活的。,它也崇高的超灵活的材料。。

生胶出身于美国南方吹来的的水工建筑。,即三叶橡胶树,弹丸被像刀割似的后,胶乳摆脱是生胶。。合成橡胶则是由意见分歧单体用化学效能方式凑合而成,刺桐烯单体、乙烯基苯、丙烯氰、异丁烯、氯刺桐烯等多种,首要因石油炼制厂。。

图1 橡胶高分子的长联系构

橡胶的高分子是长联系构。,这种分子框架使变软橡胶制品。、脆冷、难以框架、易磨损、溶于有机溶剂,因而为了繁殖橡胶的机能,将会对其举行热补。。在必然的气温和压力健康状况,生胶与热补剂的化学效能反应,橡胶高分子检查长链衔接框架三维NE,从此处它具有较高的灵活的。、抗热性、抗张人力和在有机溶剂中间的不溶性。。

图2 气黑在橡胶高分子上的吸附

橡胶通经用气黑提高。。气黑检查吸附橡胶分子和图案在提高心情;气黑颗粒自身框架两层电力网。,二级电力网此外橡胶分子-气黑粒子当中的电力网在橡胶金属等变形的奔流中会发作受到严重损伤的人与重构。因而在向橡胶中预气黑后,,其汲取人力、困难和耐磨强度显著的繁殖。。

2、橡胶材料的力学机能

橡胶材料的力学机能可分为超灵活的粘灵活的两类。超灵活的特性首要是低模量和高延展性。、非线形的应力-一段音乐使成弧形与将近不行紧缩性粘灵活的首要体现为蠕变和应力松的。、滞后特性、静态使变软特性和气温效应

橡胶材料的超灵活的机能

低模量和高延展性是最要紧和最要紧的自然规律的P。。图3是NR的应力伸长率使成弧形。,伸长率可达500%~1000%。。小S的杨氏模量(由使成弧形的突兀的转向表现)。这种高可持续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。,最大灵活的伸长率约为10%或更低。。

图3 热补橡胶类型汲取应力-伸长率使成弧形

鉴于低模量和高延展性。,橡胶在很小的应力下会发作高位金属等变形。,并常需求大旋转。。

从图4所示的应力-一段音乐使成弧形,R的非线形的特性。,因而除非在小一段音乐眼界内。,杨氏模量普通不克不及明确。。橡胶灵活的与金属灵活的的任何人要紧分别是Ru。,橡胶材料的慢速装卸,装货条理和无秩序地累积条理可以被以为是分歧的。,执意,在橡胶被去除后,橡胶C的金属等变形。。

(a) 金属的应力-一段音乐使成弧形

(b) 橡胶应力-一段音乐使成弧形

图4 金属弹压制性与橡胶非线形的灵活的

橡胶材料的另任何人特性是它的显得庞大将近非均匀。,其横向变形系数通常大于或超越。,正是近亲极限的。。这辱骂由静水压力动机的金属等变形近亲0。,事业纯漂泊的有限元课题无法处理,需求特殊补救。。

橡胶材料的粘灵活的

静重,一段音乐任何时候间养育的气象。,称为蠕变。意见分歧材料或材料在意见分歧健康状况的蠕变,橡胶和倚靠高分子化合物特殊显著的。。常数一段音乐下应力任何时候间减小的气象或奔流,称为应力松的,橡胶和倚靠交联高分子化合物,检查许久,应力投下到必然的值。,但它通常不能的减弱到零。。蠕变和松的辱骂橡胶材料机能的减弱。

更迭效能下高分子化合物应力滞后一段音乐气象滞后气象,如图5。因在滞后气象。,交变应力下,橡胶的灵活的模量事实上的是相对多数图案。,真实使成比例崇高的贮存模量,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。亏耗突然转移话题,也叫破财基因或框架微湿的系数。亏耗角突然转移话题事实上的是每个盘旋的消耗性疾病潜在能力之比。,它代表了橡胶材料的微湿的机能。。

图5 滞后气象

橡胶的滞性特性也体现出派恩效应。,橡胶静态力学机能的非线形的刻画。执意,跟随一段音乐振幅的增大,储能模量E减小。,亏耗模量E随一段音乐幅值的增大而增大。、眼界极值后投下。。

图6 储能模量和亏耗模量随一段音乐幅值的使多样化

橡胶材料特性对气温敏感。跟随气温的助长,储能模量和亏耗模量值将减轻。,如图7所示。

图7 气温对橡胶复合模量的心情

3、橡胶材料本构相干

线形的灵活的材料,应力可由小一段音乐和灵活的模量在。,这执意本人所说的普遍的Hooke诉诸法律。。但是,橡胶材料在受试时会发作很大的金属等变形。,此刻小金属等变形一段音乐和灵活的模量的观点别客气请求。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,推理普遍的Hooke诉诸法律I计算的紧缩一段音乐,执意,橡胶被紧缩到0。,这显然与现实境况不合。。

橡胶材料,通常运用绿色金属等变形张肌C或格林一段音乐张肌E来举行DESC。。一段音乐能密度W明确为格林一段音乐张肌的效能。,应力可由一段音乐能效能导出。,即

注重,这边的应力张肌S是第二的类p- K应力张肌。。

绿色金属等变形张肌与格林一段音乐张肌

几乎大金属等变形成绩,绿色金属等变形张肌C可以被明确。,决定邻域内的金属等变形情形。,X是金属等变形后的使动作相商带菌者。,U是漂泊矢径。,谈话度量张肌。。

金属等变形前后的显得庞大比J是由C在的。金属等变形情形也使得格林一段音乐张肌E来决定。,这与格林金属等变形张肌关于。

漂泊与漂泊的相干

小金属等变形健康状况,疏忽这两个论文。,格林一段音乐张肌退化为小金属等变形一段音乐张肌。

一种经用的超灵活的材料图案

橡胶及其它超灵活的材料,一段音乐能密度效能可以表现为三I的效能。,

让本人假定橡胶是不行紧缩的。,即I3=1,里夫林建议一段音乐潜在能力效能表现如次

免得你只拿第任何人论文,就获得Neo Hookean图案

常数C10=G/2,G是初始切变模量。。

乍看之下使成为一体惊叹,明确橡胶材料特性只需求奇数的灵活的不断的G,而器械线灵活的参照系明确材料特性却需求显得庞大模量K和切变模量G这两个互不相互关系的灵活的常数。这是鉴于不行紧缩显得庞大的假定。。从自然规律的角度,橡胶材料的显得庞大使多样化与切变金属等变形比拟可以疏忽忽视。,执意,G/K很没有1。,总的来看为10-4数量级,从此处,橡胶材料的应力结果却检查切变来决定。。

新胡肯
该图案图案简略。,它最大的优点是它只需求从TES中获得常数C。10,从此处,所需的份量次数最少。。但也有缺点。,大一段音乐与现实境况的分别太大了。,仅请求于一段音乐<30%的境况。

外形(9)到第二的项。,就获得Mooney-Rivlin图案 

穆尼Riv麟图案是本以下假定:

(1) 橡胶在金属等变形前是不行紧缩的和均质性的。。

(2) 简略切变由简略汲取和简略切变叠加结合。。

式(10)中C10和C01全部的正定的常数。。几乎堆橡胶,C10/C01≈时,在一段音乐150%内可以获得有理的近似值。。

穆尼-里夫林图案已被大量地认可。,但在一些境况下能够过于僵化。,请求于小金属等变形和有节制的金属等变形。。

Yeoh图案高阶项用于核对一段音乐能效能。,词句如次

Yeoh图案思索了我。1的高阶项,意见分歧实验中间的资料相商,在中到大金属等变形眼界的模仿准确的较高。

奥根图案它亦任何人经用的图案。,它运用绿色一段音乐张肌三主轴和三个首要伸长率。1、λ2和λ3明确一段音乐能密度

奥格登图案可以自在地整齐的集合数以作调节份量资料。,但是,由意见分歧份量决定的材料常数能够缺点COM。。

4、有限元模仿课题

超灵活的材料的明确

传播媒介或零件震动辨析普通是本线形的化假定的。,此刻,橡胶材料可以明确为均质性线形的灵活的体。,输出材料的模量可以是杨氏模量E。,它也可以是切变模量G和横向变形系数。。注重,这边的模量将会是橡胶件的突兀的转向模量。,而缺点初始模量。;免得运用漂泊单位,甚至橡胶亦完整不行紧缩的。,横向变形系数亦不行接到的。,横向变形系数通常设置为以下

静人力辨析,橡胶件应思索大金属等变形。,它体现出高位非线形的。。此刻应将橡胶材料明确为超灵活的材料,在辨析中需求多少非线形的。

经用的非线形的有限元求解器,如ABAQUS、Marc、补充了NASTRAN的SOL400等。新胡肯、Mooney-Rivlin和Odgen等一种经用的超灵活的材料图案供用户选择。这些有限元软件也补充了实验资料适宜的效能。。用户输出实验的名应力和名一段音乐值,软件采取最小平方法计算材料常数。。软件可以婚配的份量资料:

单轴汲取与紧缩

等轴汲取和紧缩

立体拉压

三轴汲取紧缩

为了繁殖虚幻的准确的,实验应推理能够的金属等变形图案设计。。譬如,作为代表或范例的在模仿中接受紧缩负荷。,本人将会从单轴或双轴紧缩实验中搜集资料。,而缺点汲取实验资料。。在虚幻的辨析中,免得橡胶件的一段音乐眼界较小,本人只需求做中低一段音乐实验。。

在现实汽车论文冲洗中间的器械,在很好的东西境况下,本人只知情橡胶材料E的初始灵活的模量。,此刻,默许的橡胶材料不克不及被紧缩。,用Neo Hookean图案明确橡胶超灵活的,常数C101/6设置为E

单元的选择

免得材料是不行紧缩的,该合适的在静水压力下不能的发生若干金属等变形。,私生子的漂泊不克不及计算应力。。执意,不行紧缩材料,可是纯漂泊单元不克不及处理。。

当材料不行紧缩或将近不行紧缩时(横向变形系数),应采取混合动力机组。。混合单元表现任何人附加的自在度,它可以导演,私生子的漂泊用于计算一段音乐使有偏见或应力使有偏见。。

Abaqus的私生子是由字母H区分的。,譬如,六面体的可信赖的元素C3D8的私生子对应于。

方法引入可紧缩性

橡胶事实上的是不行紧缩的。,缺点完整不行紧缩的。,时而本人也需求思索它的可紧缩性。。此刻,可以将显得庞大一段音乐能添加到一段音乐能D中。。

譬如Abaqus中间的Neo Hookean图案和Moony-Rivlin图案的显得庞大一段音乐能项为如次图案:

穿着D1=2/K,K是初始显得庞大模量。。免得材料是完整不行紧缩的,之后D1设置为0。

Abaqus中奥根图案的显得庞大一段音乐能则器械多项的塌下

穿着D1=2/K,K是初始显得庞大模量。。免得材料是完整不行紧缩的,全Di设置为0。

粘灵活的模仿

在Abaqus中*
粘灵活的关键词
补充了丰厚的粘灵活的模仿效能,可以明确蠕变和应力松的的时域特性,它也可以被明确。一段音乐滞后的频域特性,你也可以输出工夫和气温限制因素。,以明确橡胶粘灵活的的工夫-气温效应。具体操作请求教于ABAQUS手册。,本文将不作详细的引见。。

本NASTRAN的静态辨析是线形的辨析。,材料的粘灵活的不克不及导演明确。,但是,RUBB的滞回特性动机的潜在能力消耗性疾病。此刻,应思索橡胶的时间间隔特性。,在响应的MATI卡GE场中橡胶材料的输出亏耗基因。。

5、小结

1)
橡胶超灵活的特性首要是低模量和高延展性。、非线形的应力-一段音乐使成弧形与将近不行紧缩性;粘灵活的首要体现为蠕变和应力松的。、滞后特性、Paybe效应与气温效应。

2)
橡胶及其它超灵活的材料,一段音乐能密度通常被明确为绿色一段音乐T的效能。,一段音乐能密度效能用于衍生格林应力张肌。

3)
平民的橡胶超灵活的本构相干图案有新胡肯、Mooney Rivlin与奥根,穿着穆尼-里夫林图案已被大量地认可。。

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

5)
线形的动力学辨析通常不克不及导演明确粘灵活的力学。,但是,RUBB的滞回特性动机的潜在能力消耗性疾病,此刻,应思索橡胶的时间间隔特性。。

档案

王鹏博,清华大学力学博士,汽车框架CAE辨析专家。重庆省科学技术协会会员、计算机辅助工程搭伴故意的、交通部论文评价专家。汽车尽量使力面露/ NVH/抵触安全性机能的专业形成球体,轿车车身框架的优选法与轻数字化,奔流自动化的CAE辨析等。。

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