新颖的 2018-01-11王鹏博模态余地

1、概述

汽车制造业,橡胶材料的模糊想法无极限之危情速递于弹性橡皮。,它指的是一些与天生的力学性格相仿性的材料。。橡胶性质上是一种高分子高分子化合物(通常超越10万)。,心不在焉其余的材料的高易弯曲的。,它也高气压超易弯曲的材料。。

弹性橡皮根源于美国源自南方的的裂口。,即三叶橡胶树,壳被剪辑后,橡浆出版是弹性橡皮。。合成橡胶则是由不寻常的单体用神秘的交换办法凑合而成,刺桐烯单体、乙烯基苯、丙烯氰、异丁烯、氯刺桐烯等多种,次要源自石油炼制厂。。

图1 橡胶巨大分子的长耦合构

橡胶的巨大分子是长耦合构。,这种分子构造变柔和橡胶制品。、脆发、不容易模子、易磨损、溶于有机溶剂,因而为了增长橡胶的机能,葡萄汁对其停止硬化。。在必然的发烧和压力使顺应,生胶与硬化剂的神秘的交换反应,橡胶巨大分子关口长链衔接模子三维NE,从此处它具有较高的易弯曲的。、抗热性、抗张强烈程度和在有机溶剂正中鹄的不溶性。。

图2 碳黑在橡胶巨大分子上的吸附

橡胶通经用碳黑吹捧。。碳黑关口吸附橡胶分子和设计任一版式获得物吹捧比分;碳黑颗粒自行模子两层方法。,二级方法也橡胶分子-碳黑粒子关口的方法在橡胶扭转的快速地流动中会发生攻破与重构。因而在向橡胶中厕碳黑后,,其拔出强烈程度、困难和耐磨强度内行增长。。

2、橡胶材料的力学机能

橡胶材料的力学机能可分为超易弯曲的粘易弯曲的两类。超易弯曲的指向次要是低模量和高延展性。、非长度的应力-拽紧或扯紧轮廓与实践上不行紧缩性粘易弯曲的次要体现为蠕变和应力懈怠。、滞后特性、静态变柔和特性和发烧效应

橡胶材料的超易弯曲的机能

低模量和高延展性是最要紧和最要紧的物理成分P。。图3是NR的应力伸长率轮廓。,伸长率可达500%~1000%。。小S的杨氏模量(由轮廓的切线的表现)。这种高可展开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。,最大易弯曲的伸长率约为10%或更低。。

图3 硬化橡胶类型拔出应力-伸长率轮廓

鉴于低模量和高延展性。,橡胶在很小的应力下会发生高尚的扭转。,并常跟大旋转。。

从图4所示的应力-拽紧或扯紧轮廓,R的非长度的特性。,因而除非在小拽紧或扯紧范畴内。,杨氏模量普通不克不及明确。。橡胶易弯曲的与金属易弯曲的的任一要紧分别是Ru。,橡胶材料的慢速装卸,整枝法方法和资源和去除负担方法和资源可以被以为是划一的。,执意说,在橡胶被去除后,橡胶C的扭转。。

(a) 金属的应力-拽紧或扯紧轮廓

(b) 橡胶应力-拽紧或扯紧轮廓

图4 金属弹顺从与橡胶非长度的易弯曲的

橡胶材料的另任一指向是它的量实践上不均匀的。,其横向变形系数通常大于或超越。,不公共的的方法困境。。这残忍的由静水压力触发某事的扭转方法0。,致使纯蒙混的有限元规划无法处理,需求特殊助手。。

橡胶材料的粘易弯曲的

静负荷,拽紧或扯紧任何时候间累积而成的气象。,称为蠕变。不寻常的材料或材料在不寻常的使顺应的蠕变,橡胶和其余的高分子化合物特殊内行。。不断的拽紧或扯紧下应力任何时候间减小的气象或快速地流动,称为应力懈怠,橡胶和其余的交联高分子化合物,关口许久,应力辞谢到必然的值。,但它通常弱抑制到零。。蠕变和懈怠残忍的橡胶材料机能的抑制。

更迭效能下高分子化合物应力滞后拽紧或扯紧气象滞后气象,诸如,图5。由于在滞后气象。,交变应力下,橡胶的易弯曲的模量性质上是复数词设计任一版式。,真正的使均衡叫做贮存模量,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。亏耗切线的,也叫错过限定词或构造沉闷的系数。亏耗角切线的性质上是每个使轮转的消费潜在能力之比。,它代表了橡胶材料的沉闷的机能。。

图5 滞后气象

橡胶的流阻指向也体现出派恩效应。,橡胶静态力学机能的非长度的象征。执意说,跟随拽紧或扯紧振幅的增大,储能模量E减小。,亏耗模量E随拽紧或扯紧幅值的增大而增大。、走到极值后辞谢。。

图6 储能模量和亏耗模量随拽紧或扯紧幅值的交换

橡胶材料特性对发烧敏感。跟随发烧的促销,储能模量和亏耗模量值将缩小。,诸如,图7。

图7 发烧对橡胶复合模量的影响

3、橡胶材料本构相干

长度的易弯曲的材料,应力可由小拽紧或扯紧和易弯曲的模量获得物。,这执意朕所说的普遍的Hooke规律。。另一方面,橡胶材料在受试时会发生很大的扭转。,此刻小扭转拽紧或扯紧和易弯曲的模量的模糊想法否定申请。诸如,单向紧缩橡胶取样。,即使初始杨氏模量为1MPa,标称应力为1MPa,依普遍的Hooke规律I计算的紧缩拽紧或扯紧,执意说,橡胶被紧缩到0。,这显然与实践保持健康不一致。。

橡胶材料,通常家用电器绿色扭转张肌C或格林拽紧或扯紧张肌E来停止DESC。。拽紧或扯紧能密度W明确为格林拽紧或扯紧张肌的效能。,应力可由拽紧或扯紧能效能导出。,即

当心,这边的应力张肌S是居第二位的类p- K应力张肌。。

绿色扭转张肌与格林拽紧或扯紧张肌

在流行中的大扭转成绩,绿色扭转张肌C可以被明确。,决定邻域内的扭转地位。,X是扭转后的被归入同一类别矢径。,U是蒙混矢径。,谈度量张肌。。

扭转前后的量比J是由C获得物的。扭转地位也引起格林拽紧或扯紧张肌E来决定。,这与格林扭转张肌公司或企业。

蒙混与蒙混的相干

小扭转使顺应,疏忽这两个论文。,格林拽紧或扯紧张肌退化为小扭转拽紧或扯紧张肌。

一种经用的超易弯曲的材料模子

橡胶及其它超易弯曲的材料,拽紧或扯紧能密度效能可以表现为三I的效能。,

让朕假定橡胶是不行紧缩的。,即I3=1,里夫林举起拽紧或扯紧潜在能力效能表现如次

即使你只拿第任一论文,就成为Neo Hookean模子

常数C10=G/2,G是初始削减模量。。

乍看起来使成为一体惊叹,明确橡胶材料特性只需求临时的易弯曲的坚定G,而家用电器线易弯曲的学说明确材料特性却需求量模量K和削减模量G这两个互不相干的易弯曲的常数。这是鉴于不行紧缩量的假定。。从物理成分角度,橡胶材料的量交换与削减扭转相形可以疏忽无论。,执意说,G/K极以内1。,许为10-4数量级,从此处,橡胶材料的应力仅仅关口削减来决定。。

新胡肯
该模子设计任一版式复杂。,它最大的优点是它只需求从TES中成为常数C。10,从此处,所需的实验的次数最少。。但也有缺点。,大拽紧或扯紧与实践保持健康的分别太大了。,仅申请于拽紧或扯紧<30%的保持健康。

整队(9)到居第二位的项。,就成为Mooney-Rivlin模子 

穆尼Riv麟模子是本以下假定:

(1) 橡胶在扭转前是不行紧缩的和无向性的。。

(2) 复杂削减由复杂拔出和复杂削减叠加结合。。

C型(10)10和C01持有违禁物正定的常数。。在流行中的堆橡胶,C10/C01≈时,在拽紧或扯紧150%内可以成为有理的近似值。。

穆尼-里夫林模子已被往国外的认可。,但在非常保持健康下可能性过于僵化。,申请于小扭转和代理人扭转。。

Yeoh模子高阶项用于核算拽紧或扯紧能效能。,表达如次

Yeoh模子思索了我。1的高阶项,不寻常的实验正中鹄的唱片并列的,在中到大扭转范畴的模仿准确度较高。

奥根模子它同样任一经用的模子。,它家用电器绿色拽紧或扯紧张肌三主轴和三个次要伸长率。1、λ2和λ3明确拽紧或扯紧能密度

奥格登模子可以自在地装饰凝结数以顺应实验的唱片。,另一方面,由不寻常的实验的决定的材料常数可能性过失COM。。

4、有限元模仿规划

超易弯曲的材料的明确

车或零件震动辨析普通是本长度的化假定的。,此刻,橡胶材料可以明确为无向性长度的易弯曲的体。,输出材料的模量可以是杨氏模量E。,它也可以是削减模量G和横向变形系数。。当心,这边的模量一定是橡胶件的切线的模量。,而过失初始模量。;即使家用电器蒙混单位,甚至橡胶同样完整不行紧缩的。,横向变形系数同样不行忍受的。,横向变形系数通常设置为以下

静强烈程度辨析,橡胶件应思索大扭转。,它体现出高尚的非长度的。。此刻应将橡胶材料明确为超易弯曲的材料,在辨析中需求几何学非长度的。

经用的非长度的有限元求解器,如ABAQUS、Marc、装修了NASTRAN的SOL400等。新胡肯、Mooney-Rivlin和Odgen等一种经用的超易弯曲的材料模子供用户选择。这些有限元软件也装修了实验唱片相称的效能。。用户输出实验的名应力和名拽紧或扯紧值,软件采取最小二乘方法计算材料常数。。软件可以婚配的实验的唱片:

单轴拔出与紧缩

等轴拔出和紧缩

立体拉压

三轴拔出紧缩

为了增长拟色准确度,实验应依可能性的扭转榜样设计。。诸如,取样在模仿中忍受紧缩装满。,朕一定从单轴或双轴紧缩实验中搜集唱片。,而过失拔出实验唱片。。在拟色辨析中,即使橡胶件的拽紧或扯紧范畴较小,朕只需求做中低拽紧或扯紧实验。。

在实践汽车论文功绩正中鹄的家用电器,在大多数人保持健康下,朕只认识橡胶材料E的初始易弯曲的模量。,此刻,默许的橡胶材料不克不及被紧缩。,用Neo Hookean模子明确橡胶超易弯曲的,常数C101/6设置为E

单元的选择

即使材料是不行紧缩的,该永久性军事基地在静水压力下弱发生一些扭转。,混合词蒙混不克不及计算应力。。执意说,不行紧缩材料,独自的纯蒙混单元不克不及处理。。

当材料不行紧缩或实践上不行紧缩时(横向变形系数),应采取混合动力机组。。十字架单元包括任一可导演决定单元中压应力的附加自在度,混合词蒙混用于计算拽紧或扯紧斜裁的或应力斜裁的。。

Abaqus的私生子是由字母H褒奖的。,诸如,六面体的立体图形元素C3D8的私生子对应于。

以任何方式引入可紧缩性

橡胶性质上是不行紧缩的。,过失完整不行紧缩的。,不时朕也需求思索它的可紧缩性。。此刻,可以将量拽紧或扯紧能添加到拽紧或扯紧能D中。。

诸如Abaqus正中鹄的Neo Hookean模子和Moony-Rivlin模子的量拽紧或扯紧能项为如次设计任一版式:

内侧的,D1=2/K,K是初始量模量。。即使材料是完整不行紧缩的,过后D1设置为0。

Abaqus中奥根模子的量拽紧或扯紧能则家用电器多项式的做准备

内侧的,D1=2/K,K是初始量模量。。即使材料是完整不行紧缩的,过后持有违禁物Di设置为0。

粘易弯曲的模仿

在Abaqus中*
粘易弯曲的关键词
装修了富有的的粘易弯曲的模仿效能,可以明确蠕变和应力懈怠的时域指向,也可以明确拽紧或扯紧滞后的频域特性,你也可以输出时期和发烧限制因素。,以明确橡胶粘易弯曲的的时期-发烧效应。具体操作请顾及ABAQUS手册。,本文将不作仔细的绍介。。

本NASTRAN的静态辨析是长度的辨析。,材料的粘易弯曲的不克不及导演明确。,另一方面,RUBB的滞回特性触发某事的潜在能力消费。此刻,应思索橡胶的时间间隔特性。,在相关联的的MATI卡GE场中橡胶材料的输出亏耗限定词。。

5、小结

1)
橡胶超易弯曲的指向次要是低模量和高延展性。、非长度的应力-拽紧或扯紧轮廓与实践上不行紧缩性;粘易弯曲的次要体现为蠕变和应力懈怠。、滞后特性、Paybe效应与发烧效应。

2)
橡胶及其它超易弯曲的材料,拽紧或扯紧能密度通常被明确为绿色拽紧或扯紧T的效能。,拽紧或扯紧能密度效能用于作出推论格林应力张肌。

3)
公共的的橡胶超易弯曲的本构相干模子有新胡肯、Mooney Rivlin与奥根,内侧的穆尼-里夫林模子已被往国外的认可。。

4)
即使橡胶材料是不行紧缩的或实践上不行紧缩的(泊松),在有限元辨析中应采取混合动力机组。模仿。

5)
长度的动力学辨析通常不克不及导演明确粘易弯曲的力学。,另一方面,RUBB的滞回特性触发某事的潜在能力消费,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,汽车构造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深思熟虑的、交通部论文评价专家。汽车疲乏持久性/ NVH/影响肯定的机能的专业军事]野战的,轿车车身构造的最优化与轻量子化,快速地流动自动化的CAE辨析等。。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注