新颖的 2018-01-11王鹏博模态间隔

1、概述

汽车制造业,橡胶材料的意向过度的于巴西橡树橡胶。,它指的是无论哪一任一某一与物质的力学字母批准的材料。。橡胶究竟是一种高分子高分子化合物(通常超越10万)。,没对立的事物材料的高机动性。,它也高地超机动性材料。。

巴西橡树橡胶起点于美国向南方的眼泪,泪水。,即三叶橡胶树,羽毛箭被限制后,乳剂暴露是巴西橡树橡胶。。合成橡胶则是由差异单体用化学效能办法凑合而成,刺桐烯单体、乙烯基苯、乙烯基氰、异丁烯、氯刺桐烯等多种,次要由于石油炼制厂。。

图1 橡胶高分子的长衔接构

橡胶的高分子是长衔接构。,这种分子建筑学减去橡胶制品。、脆冷、难以开始在、易磨损、溶于有机溶剂,因而为了养育橡胶的效能,必要的对其举行热补。。在必然的气温和压力制约,生胶与热补剂的化学效能反应,橡胶高分子关口长链衔接开始在三维NE,依据它具有较高的机动性。、热阻、抗张优点和在有机溶剂说话中肯不溶性。。

图2 气黑在橡胶高分子上的吸附

橡胶通经用气黑宣扬。。气黑关口吸附橡胶分子和使格式化在宣扬招致;气黑颗粒自身开始在两层电网络。,二级电网络此外橡胶分子-气黑粒子当中的电网络在橡胶扭曲的程序中会发作失事与重构。因而在向橡胶中结合气黑后,,其移动优点、硬性和耐磨强度昭著养育。。

2、橡胶材料的力学效能

橡胶材料的力学效能可分为超机动性粘机动性两类。超机动性性质次要是低模量和高延展性。、非线形的应力-脾气够支付与险乎不成紧缩性粘机动性次要体现为蠕变和应力困难地航行。、滞后特性、静态减去特性和气温效应

橡胶材料的超机动性效能

低模量和高延展性是最要紧和最要紧的自然的P。。图3是NR的应力伸长率够支付。,伸长率可达500%~1000%。。小S的杨氏模量(由够支付的切线的表现)。这种高可扩张的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 热补橡胶类型移动应力-伸长率够支付

鉴于低模量和高延展性。,橡胶在很小的应力下会发作高价地扭曲。,并常需求大旋转。。

从图4所示的应力-脾气够支付,R的非线形的特性。,因而除非在小脾气排列内。,杨氏模量普通不克不及限制。。橡胶机动性与金属机动性的一任一某一要紧分别是Ru。,橡胶材料的慢速装卸,填充物常规路线和卸下常规路线可以被以为是划一的。,即,在橡胶被去除后,橡胶C的扭曲。。

(a) 金属的应力-脾气够支付

(b) 橡胶应力-脾气够支付

图4 金属弹可塑性与橡胶非线形的机动性

橡胶材料的另一任一某一性质是它的绝大多数险乎各种各样的。,其横向变形系数通常大于或超越。,特有的近似额急进的。。这具有重要性由静水压力招致的扭曲近似额0。,招致纯狡猾的有限元训练无法处理,需求特殊有利于。。

橡胶材料的粘机动性

静重,脾气任何时候间放的景象。,称为蠕变。差异材料或材料在差异制约的蠕变,橡胶和对立的事物高分子化合物特殊昭著。。持续的脾气下应力任何时候间减小的景象或程序,称为应力困难地航行,橡胶和对立的事物交联高分子化合物,关口许久,应力降落到必然的值。,但它通常不熟练的弄细到零。。蠕变和困难地航行具有重要性橡胶材料效能的弄细。

更迭效能下高分子化合物应力滞后脾气景象滞后景象,如图5。由于在滞后景象。,交变应力下,橡胶的机动性模量究竟是复数的使格式化。,真实分配高地贮存模量,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。亏耗割的,也叫费用决定因素或建筑学有毒气体系数。亏耗角割的究竟是每个彻底改变的消耗性疾病性能之比。,它代表了橡胶材料的有毒气体效能。。

图5 滞后景象

橡胶的黏稠性质也体现出派恩效应。,橡胶静态力学效能的非线形的代表。即,跟随脾气振幅的增大,储能模量E减小。,亏耗模量E随脾气幅值的增大而增大。、区域极值后降落。。

图6 储能模量和亏耗模量随脾气幅值的零钱

橡胶材料特性对气温敏感。跟随气温的推进,储能模量和亏耗模量值将折扣。,如图7所示。

图7 气温对橡胶复合模量的印象

3、橡胶材料本构相干

线形的机动性材料,应力可由小脾气和机动性模量在。,这执意人们所说的整体的Hooke规律。。再,橡胶材料在受试时会发作很大的扭曲。,此刻小扭曲脾气和机动性模量的意向没有的运用。譬如,单向紧缩橡胶品尝。,万一初始杨氏模量为1MPa,标称应力为1MPa,原因整体的Hooke规律I计算的紧缩脾气,即,橡胶被紧缩到0。,这显然与现实处境不一致。。

橡胶材料,通常运用绿色扭曲张肌C或格林脾气张肌E来举行DESC。。脾气能密度W限制为格林脾气张肌的应变量。,应力可由脾气能应变量导出。,即

注重,这边的应力张肌S是次货类p- K应力张肌。。

绿色扭曲张肌与格林脾气张肌

因为大扭曲成绩,绿色扭曲张肌C可以被限制。,决定邻域内的扭曲国务的。,X是扭曲后的搭配航向。,U是狡猾带菌者。,谈话度量张肌。。

扭曲前后的绝大多数比J是由C在的。扭曲国务的也可购得的格林脾气张肌E来决定。,这与格林扭曲张肌关系到。

狡猾与狡猾的相干

小扭曲制约,疏忽这两个项主语。,格林脾气张肌退化为小扭曲脾气张肌。

一种经用的超机动性材料样品

橡胶及其它超机动性材料,脾气能密度应变量可以表现为三I的应变量。,

让人们如果橡胶是不成紧缩的。,即I3=1,里夫林赠送脾气性能应变量表现列举如下

万一你只拿第一任一某一项主语,就接待Neo Hookean样品

常数C10=G/2,G是初始剪取的羊毛模量。。

乍看之下参加惊叹,限制橡胶材料特性只需求单程票机动性始终如一的G,而使用线机动性参照系限制材料特性却需求绝大多数模量K和剪取的羊毛模量G这两个互不互插的机动性常数。这是鉴于不成紧缩绝大多数的如果。。从自然的角度,橡胶材料的绝大多数零钱与剪取的羊毛扭曲比拟可以疏忽在所不计。,即,G/K极没有1。,大约为10-4数量级,依据,橡胶材料的应力但是关口剪取的羊毛来决定。。

新胡肯
该样品使格式化复杂。,它最大的优点是它只需求从TES中接待常数C。10,依据,所需的测得结果次数最少。。但也有缺点。,大脾气与现实处境的分别太大了。,仅运用于脾气<30%的处境。

外形(9)到次货项。,就接待Mooney-Rivlin样品 

穆尼Riv麟样品是本以下如果:

(1) 橡胶在扭曲前是不成紧缩的和均质性的。。

(2) 复杂剪取的羊毛由复杂移动和复杂剪取的羊毛叠加结合。。

式(10)中C10和C01掌握正定的常数。。因为绝大多数橡胶,C10/C01≈时,在脾气150%内可以接待有理的近似值。。

穆尼-里夫林样品已被排列广泛的认可。,但在某一处境下可能性过于僵化。,运用于小扭曲和方法扭曲。。

Yeoh样品高阶项用于评定脾气能应变量。,脸色列举如下

Yeoh样品思索了我。1的高阶项,差异实验说话中肯通知以和声演奏或歌唱,在中到大扭曲排列的仿照准确的较高。

奥根样品它同样一任一某一经用的样品。,它运用绿色脾气张肌三主轴和三个次要伸长率。1、λ2和λ3限制脾气能密度

奥格登样品可以自在地修剪一系列数以适合于测得结果通知。,再,由差异测得结果决定的材料常数可能性故障COM。。

4、有限元仿照训练

超机动性材料的限制

全部车辆或零件震动剖析普通是本线形的化如果的。,此刻,橡胶材料可以限制为均质性线形的机动性体。,输出材料的模量可以是杨氏模量E。,它也可以是剪取的羊毛模量G和横向变形系数。。注重,这边的模量将会是橡胶件的切线的模量。,而故障初始模量。;万一运用狡猾单位,甚至橡胶同样完整不成紧缩的。,横向变形系数同样不成接待的。,横向变形系数通常设置为以下

静优点剖析,橡胶件应思索大扭曲。,它体现出高价地非线形的。。此刻应将橡胶材料限制为超机动性材料,在剖析中需求几何学非线形的。

经用的非线形的有限元求解器,如ABAQUS、Marc、暂代他人职务了NASTRAN的SOL400等。新胡肯、Mooney-Rivlin和Odgen等一种经用的超机动性材料样品供用户选择。这些有限元软件也暂代他人职务了实验通知使适合效能。。用户输出实验的名应力和名脾气值,软件采取最小二乘方法计算材料常数。。软件可以婚配的测得结果通知:

单轴移动与紧缩

等轴移动和紧缩

立体拉压

三轴移动紧缩

为了养育努力追上并超越准确的,实验应原因可能性的扭曲模型设计。。譬如,品尝在仿照中忍受紧缩负荷。,人们将会从单轴或双轴紧缩实验中搜集通知。,而故障移动实验通知。。在努力追上并超越剖析中,万一橡胶件的脾气排列较小,人们只需求做中低脾气实验。。

在现实汽车项主语形成说话中肯器械,在大量的处境下,人们只晓得橡胶材料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样品限制橡胶超机动性,常数C101/6设置为E

单元的选择

万一材料是不成紧缩的,则单元在静水压效能下不发生无论哪一任一某一扭曲,混合物狡猾不克不及计算应力。。即,不成紧缩材料,唯一的纯狡猾单元不克不及处理。。

当材料不成紧缩或险乎不成紧缩时(横向变形系数),应采取混合动力机组。。混合单元牵制一任一某一附加的自在度,它可以径直地,混合物狡猾用于计算脾气极化或应力极化。。

Abaqus的私生子是由字母H引人注目的。,譬如,六面体的固态元素C3D8的私生子对应于。

方法引入可紧缩性

橡胶究竟是不成紧缩的。,故障完整不成紧缩的。,间或人们也需求思索它的可紧缩性。。此刻,可以将绝大多数脾气能添加到脾气能D中。。

譬如Abaqus说话中肯Neo Hookean样品和Moony-Rivlin样品的绝大多数脾气能项为列举如下使格式化:

在那里面D1=2/K,K是初始绝大多数模量。。万一材料是完整不成紧缩的,此后D1设置为0。

Abaqus中奥根样品的绝大多数脾气能则使用同次多项式塌下

在那里面D1=2/K,K是初始绝大多数模量。。万一材料是完整不成紧缩的,全Di设置为0。

粘机动性仿照

在Abaqus中*
粘机动性关键词
暂代他人职务了油腻的的粘机动性仿照应变量,可以限制蠕变和应力困难地航行的时域性质,它也可以被限制。脾气滞后的频域特性,你也可以输出时期和气温决定因素。,以限制橡胶粘机动性的时期-气温效应。具体操作请适用于ABAQUS手册。,本文将不作仔细的绍介。。

本NASTRAN的静态剖析是线形的剖析。,材料的粘机动性不克不及径直地限制。,再,RUBB的滞回特性招致的性能消耗性疾病。此刻,应思索橡胶的落后于特性。,在通信的的MATI卡GE场中橡胶材料的输出亏耗决定因素。。

5、小结

1)
橡胶超机动性性质次要是低模量和高延展性。、非线形的应力-脾气够支付与险乎不成紧缩性;粘机动性次要体现为蠕变和应力困难地航行。、滞后特性、Paybe效应与气温效应。

2)
橡胶及其它超机动性材料,脾气能密度通常被限制为绿色脾气T的应变量。,脾气能密度应变量用于猜想格林应力张肌。

3)
普通的橡胶超机动性本构相干样品有新胡肯、Mooney Rivlin与奥根,在那里面穆尼-里夫林样品已被排列广泛的认可。。

4)
万一橡胶材料是不成紧缩的或险乎不成紧缩的(泊松),在有限元剖析中应采取混合动力机组。仿照。

5)
线形的动力学剖析通常不克不及径直地限制粘机动性力学。,再,RUBB的滞回特性招致的性能消耗性疾病,此刻,应思索橡胶的落后于特性。。

作者簡介

王鹏博,清华大学力学博士,汽车建筑学CAE剖析专家。重庆省科学技术协会会员、计算机辅助工程友爱故意的、交通部项主语评价专家。汽车用力拉坚实/ NVH/影响提供保护的效能的专业版图,轿车车身建筑学的优选法与轻数字化,程序自动化的CAE剖析等。。

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