2007年A BA QUS华中地区技术研讨会
一、橡胶分析难点与挑战
1. Predicting component failure 2. Analyzing stress and strain histories 3. Creating an accurate FE representation 4. Creating material model and test for FEA
5
4
3
2
1
0
-4 -3 -2 -1 0
1
2
3
4
D ynamic Disp lacement(mm)
6、动刚度曲线
一、橡胶分析的难点与挑战
¾ 粘弹性与动刚度
技术研讨会
7、动载曲线
8、动刚度曲线
一、橡胶分析的难点与挑战
¾ 网格设计与分析(o形圈密封)
上表面承载
两种网格 网格
上表面承载
技术研讨会
2007年A BA QUS华中地区技术研讨会
ABAQUS研讨会
2、压缩型减振元件(轨道减振器)
图2-6 设计与分析 利用ABAQUS软件可预测元件动静刚度比、自振频繁等表征!
二、橡胶元件的典型结构
ABAQUS研讨会
2、压缩型减振元件(轨道减振器)
图2-6 设计与分析 利用ABAQUS软件可预测元件动静刚度比、自振频繁等表征!
二、橡胶元件的典型结构
二、橡胶元件的典型结构
4、系统部件（空气弹簧）
ABAQUS研讨会
图： 空气弹簧系统
二、橡胶元件的典型结构
ABAQUS研讨会
QD260空簧装车实验道路
郑州宇通916锥形簧 二汽QD260空气弹簧
二、橡胶元件的典型结构
空气弹簧分析与实验对比
ABAQUS研讨会
气囊 打折
分析 模拟
图： 空气弹簧实验过程打折情况模拟
图1 -4 : 不同温度条件下材料的粘弹特性
一、橡胶分析的难点与挑战
¾ 粘弹性与动刚度
技术研讨会
周 期载 荷 (kN) Dyn amic Loa ding (kN)
4
3
2
1
0
0
0. 05
0. 1
0 .1 5
0. 2
0. 25
-1
-2
-3
-4 加载循环( t im e )
5、动态加载工况
10
9
8
7
6
6.2 Ogden型式
A BAQUS技术研讨会
图 3den N=4
三、基础实验与本构模型 橡胶材料的本构模型及系数定义
6.3 Arruda-Boyce形式
A BAQUS技术研讨会
图 3-17 Arruda -Boyce形 式拟合材料参数
三、基础实验与本构模型
三、基础实验与本构模型
A BAQUS技术研讨会
4 . 体积压缩实验
橡胶材料几乎不可压缩，若计算中考虑橡胶材料的可压缩性时，需要 进行体积压缩实验
图3 -6 体积压缩实验
图 3-7 体积压缩应变
三、基础实验与本构模型
5、材料的超弹实验数据
A BAQUS技术研讨会
图3 -6 实验
三、基础实验与本构模型
橡胶经历加 载 - 卸 载 ,重 加 载循 环 ,卸 载应力远低 于加载时的 应力，重加 载时，随应 变的增加应 力应变曲 线，首先沿 着卸载曲 线，随着应 变的增加， 应力应变曲 线与主曲线 重合，这种 应力软化即 玛琳效应！
图1 -1 加载与应变历程 利用Jörgen Bergström提供的本构模型，ＡＢＡＱＵＳ可以同时对超
2、橡胶球铰(轴箱节点)
ABAQUS研讨会
图2-3 结构设计与分析
利用ABAQUS预测元件的轴 向、垂向、纵向三向刚度，
从面满足产品的设计要求。
二、橡胶元件的典型结构
2、橡胶球铰(轴箱节点)
ABAQUS研讨会
图2-3 结构设计与分析
利用ABAQUS预测元件的轴 向、垂向、纵向三向刚度，
从面满足产品的设计要求。
图3-2 纯剪实验与应变状态 试件的宽度大于其长度的10倍时，实验将形成一个“纯 ”的剪切状态 。
三、基础实验与本构模型
A BAQUS技术研讨会
3. 双轴拉伸实验 双轴应变状态可以通过对一个橡胶圆盘进行径向拉伸得到在圆盘中心区 域形成了均匀的双向应变云图
图3 -4 双轴拉伸实验
图3 -5 双轴拉伸应变
Symmetric Results
四、 A BAQUS特有功能在橡胶分析中的应用
A BAQUS技术研讨会
网格重划在分析橡胶大变形中的应用
橡胶材料的本构模型及系数定义
6.4 Van der Waals形式
利用Van der Waals形式 对 这 组实 验数 据具 有 良 好 的 拟合 预测 能 力 ,本 课 题 所使 用的 本构 模 型 为 Van der Waals 形式 , 其 拟 合的 材料 参数 见 下 表3-2所示.
表 3-2： Van der Waals的拟合参数
二、橡胶元件的典型结构及承载特性
1. 橡胶球铰：弹性定位套、定位节点、汽车球铰 2. 压缩型减振元件：轨道减振器、弹性垫板、桥梁支座、橡胶堆 3. 剪切型橡胶弹簧
¾ 空气弹簧 ¾ 轴箱弹簧、 V型弹簧 ¾ 轨道减振器 ¾ 风力齿轮 ¾ 汽车橡胶弹簧
4. 系统部件：空气弹簧、推力杆、扭杆。
二、橡胶元件的典型结构
三、基础实验与本构模型
A BAQUS技术研讨会
一．橡胶超弹特性的基础实验
单轴拉伸、双轴拉伸、平面剪切、体积压缩实验
1. 单轴拉伸实验
实验达到一个“纯”拉伸 状态 ，长度方向的尺 寸至少是厚度和宽度 的10倍 ！
图3-1 单轴拉伸实验
三、基础实验与本构模型 2. 平面剪切实验
A BAQUS技术研讨会
A BAQUS技术研讨会
图 3-16 Van der Waals形式本构模型
三、基础实验与本构模型
A BAQUS技术研讨会
7、橡胶粘弹性实验及系数拟合
橡 胶 的粘 弹 特 性 可 表 现为 松 弛 、 蠕 变 、阻 尼 特 性 ， 分析 材 料 的 隔 振 能力 和 动 刚 度 时 ，需 要 表 现 其 粘 弹特 性 的 材 料参数。
弹及Mullins进行拟合。
2007年A BA QUS华中地区技术研讨会
¾ 玛琳效应(Mullins)
橡胶经历加 载 - 卸 载 ,重 加 载循 环 ,卸 载应力远低 于加载时的 应力，重加 载时，随应 变的增加应 力应变曲 线，首先沿 着卸载曲 线，随着应 变的增加， 应力应变曲 线与主曲线 重合，这种 应力软化即 玛琳效应！
2、压缩型减振元件(橡胶堆)
ABAQUS研讨会
图2-7 ABAQUS与压缩型元件
二、橡胶元件的典型结构
2、压缩型减振元件(橡胶堆)
ABAQUS研讨会
图2-7 ABAQUS与压缩型元件
二、橡胶元件的典型结构
2、压缩型减振元件(橡胶堆)
ABAQUS研讨会
图2-7 ABAQUS与压缩型元件
二、橡胶元件的典型结构
三、基础实验与本构模型
A BAQUS技术研讨会
8、橡胶材料 “玛琳效应 ”及其模拟
图 纯超弹本构无法模拟玛琳效应 图 B-B Model 拟合玛琳效应
2007年ABA QUS华中地区技术研讨会
株洲时代新材
四、ABAQUS特有功能在橡胶分析中的 应用
1. 带有扭转的轴对称单元（CGAX、MGAX） 2. Reber单元模拟纤维加强结构 3. 网格重划功能处理橡胶大变形 4. Symmetric Model Generation and
图3-17：应力松弛实验数据
Norma lized S tress( Mpa)
1.1 1
0.9
0.8 0.7 0.6 0.5
0.4 0.3 0.2
0
test predict
500 1000 1500 2000 2500 Ti me(sec )
图3-18：预测和实验对比
表 3-5：橡胶材料的应力松弛系数
二、橡胶元件的典型结构
空气弹簧系统分析分析
ABAQUS研讨会
拧 紧 力
图： 空气弹簧应力应变分析
二、橡胶元件的典型结构
4、系统部件（推力杆）
ABAQUS研讨会
图： 橡胶推力杆系统
2007年ABA QUS华中地区技术研讨会
三、橡胶材料的基础实验与参数拟合
¾ 橡胶材料超弹特性的基础实验及实验数据 ¾ 橡胶材料的超弹本构模型及系数定义 ¾ 橡胶材料粘弹特性实验及参数拟合 ¾ 橡胶材料“玛琳效应”
A BAQUS技术研讨会
6、材料超弹特性的本构模型及系数定义
表3 -1：有限元分析中的两类橡胶本构模型
三、基础实验与本构模型 橡胶材料的本构模型及系数定义
6.1 多项式
A BAQUS技术研讨会
图 3-8： M-R模型拟合
图 3-9： Yeoh模型拟合
三、基础实验与本构模型 橡胶材料的本构模型及系数定义
二、橡胶元件的典型结构
ABAQUS研讨会
3、剪切型橡胶元件（汽车橡胶弹簧）
图3-6 汽车橡胶弹簧
二、橡胶元件的典型结构
ABAQUS研讨会
4、系统部件（空气弹簧、推力杆、扭杆）
转向架悬挂控制系统
汽车悬架系统
人们高的舒适性要求——大的垂向挠度，低系统频率——空气弹簧—— 水 平向控制问题突出——进行解耦设计——独立控制部件产生，控制杆 系——扭杆、推力杆
2007年A BA QUS华中地区技术研讨会
橡胶减振器设计分析与ABAQUS 模拟仿真