橡胶隔振器大变形有限元分析

1、变形有限元分析橡胶隔振器大細时料貝軒很多豪特的狗理及北学特托如（fi弾性，易变形*且柔鞍性、用醪性"葩曲性及阳隔性十分忧SL區此械广泛庖用于工业领域,，榛胶左T业卜兀寥G耳它金屬結合樂成苇强件用干支挥、挺动隔离戒按劇护耶。ft胶陽掘器帥为典醱例子"槿胶为一种鼻刮祁弹性村科.受力过稈中只有形狀哉变而无体杞变化,井仲帮儿何与村料非线性'且WKI4料喘盘度個崎介质、逾变仍史、加載速率及应变显尢小等冈累影4较戰品,因而对!（产品性能的准确升析I甘困理R陆著计算机楸占限元狂技术的規庚+用有隈无对隠梶器、枪胎曽股1»产品进行进卄与労严诫为尙毋.樟胶具有材料卄裁性.大蜜

2、圧、不町压黑特蛊.导掘有脱元分析走收效、术様定境准确性荃尊困雉，因此,在有附元计算分靳中，采用台适的本构关系，构建准厲件1«元整型JL为甫娄此外*应用眉轴冷购娄昴埔胶站购件載值横拒时+其结能啟戰大多依巅于材1績胶翅弹性本构理论对標胶本构关幕的榷述主誓分摘晏；一类以连球料试*而有关文献主要僞贾于本构摸型的趣押”马撞小-i*对脱納构不同变辩模式F林料敦撫选取的研梵很少涉歷"通常认为.眾用Ml诙掘数据忡異越全.数峨越爭.计郭帝JRU辭繃“实琢上,舆实踽件及成本制约，迓疔定猿试验潢试校比难；期-方材料卓构瓷築的息杂忤彼甯找到一岬盛塑T村料所有试脸数据（单釉拉忡.假轴1£堀

3、和貝I剪切）斷含一JL来用最小廉袪捲含本构方AL*余购试執教懦注往烧障低唧度.甚卒导致辭果严甫旳專壽实站IL固此*瞒究棵盒站慟不同曼械方式F变形减式尺胃眼兀仃析績霜材料试幹敷檢对荊瞋權拟幢胶站恂件的力学性施卜分重累。本文利用检粧材料戟Mi拉惮.策输压鶴盘半面剪切试駐捕枭*罄干有*元分析软件ABAQUS建立或陽摄潇大变形軒限元模型.研亚様胶隔撮器住拉忡.压裁-豹切杭念bMJH试骑数枫送取.阳到所吏心鮒戟脑与眩蓉曲A1,并与试验蜷呆对比,其目的在于寻我不弭受就（拉伸、医编处焙切）狀态下对瞳的量tL材料損见“介质力于理论为基础；外一类棊干热力学炕计。目前较成昌的車构模1!为菇丁连镀介质力学理论的多项

4、式模型、(横“模舉和基于轉力学统讣理论的AnudaBoyc<模型、VanderWaals棋型"心】。以连续介质力学理论为基砂的方法认为检胶衣变形前后均各向同住橡胶材料体积弹性棋非常离可假定橡胶材料貝有完全不可压细性。根据假设橡胶材料本恂关系可用应变能函数表示，两柯丙应力张更表达式；为：“站2誥2器加(!)式中；/为单位张量上为左Ouchy*变形张盘.P为不町压轴假设引入的静水压力/.为B的不变最：/>-«品(2)B的不变及主拉伸比关系为：A=A?*Aj*aJ./,»入:A；A)A)+A：A；厶入:A；入;宜变可我示为主应变不变/,的丽«hr(

5、/ltil9/,),»用有多序式多項式價和也可表示为主拉仲比儿的efitt：r=W(A|tAn入J如(砂棋型，多项式模型考虑檢胶不可斥妹人对应变能曲数无贞載£c“3)g3F(4)其中；G为常数材料试验数据拟合得到。取介1可得Moooey.Rirlin本构模釦当”0时厂0躬为诡端多项式模多项式楔熨取=1即为N«Hookcan本构模型Ogdens放專应变能函数为主伸长的假设卫搖用仲长率作口变*将应变能函数表达为：八壬殳(入Z冶入一3)(5)式中:叫可取任何ft血为*«>而心Mooney方程中包含的购项分别对应于式(5)中叫-2.0：=2之特例=利用式(

6、I)得主应力为：SsXm.A?-P.(i«it2t3)(6)主应力垄为;6*(入：-府)O"en楼率预jfl拉倬'骸、Hdg变形均与实數数据吻合.尤其在创贵炉轴拉伸、等比双轴拉伸和純勇切组合数摒具有良好效果"3。尽甘减缩多項式模型庄预测组合數据不够聖於但当只用兎唧切(平面拉伸)放据时可定立较H确的材料K型，2育限元模型匿立11样胶材料H娄确定确定椽胶材料棋型许先应得到徵胶材料的试验数据而准确表征檢胶的力学性能仅依域強向拉伸试检并不能完全描述材料包箔压缩及剪切在内的所有力学行为须对检胶材料进行包括单轴拉伸单轴压堀、等双轴拉伸、纯剪切和体积试验等在内的全部基越

7、试验。考虑律发材料完全不可压第性帑双输拉伸与单筑压缩等效木文只对橡胶材料进行单向拉伸、单向压堀及纯剪切试验.单轴拉伸依居阖标GB/T528-2009(tt化嫖胶或热隼性橡胶拉仲应力应变性能的测定执行采用班铃星标准丨型试样单压缁采用DQ住型试样依据CB/T1684-1985(ft化橡咬短时间静压缩试验方洙执行'平面枚綽(雄啣切)依据国标GB/I528-2009执行采用矩型平板试样，宽度50nun标茨5mm保证在拉伸方向长度远小于寛度以达到纯剪切状念。山干檢胶性能易受温度形响控制试验亭环境温麦为19X-21T.限本文仅給出ifl试名义应力应变曲线如图丨阶示。234$名义股变(i)单轸拉伸K

8、SL&9(b)*»1W6M2S2OISI02J41名义瘦变(c)平面捡伸(>ffll吻基殆试捡曲"F*ITSebwickvtaioeofrubberiMtmalXMftK饨剪切2阶减第*瑣式植.算2前Ogden压F2前Ogdm拉圧剪Tab.ICocffidcBtofcocutituiivcmodel側=d326«(=2.3629M,>1.1309s>2.1921"(135$?C.00M6<0.0871O|=4.3325|&2=I246a,=-4.(M24禺«Q.(B3Ia,«5.257B卅0.8

9、75Sa,-0.25523酚gden妙O923a,-0.9914他0.0M60,-4.4491>0.0089%-5.4)63采用不同类型试鬓数据对橡胶漏扳器拉伸、压缩、好切状态下分别进行数值计算其中本构模教及拟合呆数如衷1所示。12胶值构件有限元建模技术对近似不町压缩材料大变形的有限元计算易逍成单元锁死导致计算结果不准确及计算过程不牧敛等问超尚未出现朋免发生单元锁死的通用播铃盧则W总元锁死与单元类屋网格分布及边界条件材关。(0对体积不可压48橡胶材料宜采用混合有限元格式建立蟆熨，即采用以位移、压力共同作为甲元变債的杂交单元以获得稳定、町靠的仿真计算结果。且优先透用低阶线性单元因低阶单元较

10、高阶单元能更好堆模拟检胶的扭曲大变形，不易发住单元时变C(2) 宜采用全积分单元因为减缩积分单元咳变较全积分单元崎变大用険堀枳分单兀易使单元锁死导致计算中砾。鉴于全枳分计興辅度枳分相近用全枳分形式的杂交单元进行橡胶大变彫有限元卄算更合适。(3) 对近叔不可圧蜡材料的大变形有限元计算，网怯丸分较蛍娶。较细网格单元压力项收敛速度较慢易发生单元体枳!死情况，而财格丈粗彫响计算榊度。庄进行网格划分时需注J#大变形区域的网格形态卞可能使网格发生大变形后仍具有良好的单元几何形命。(4) 为威轻不可压缩材料瞅元体枳自饮可在材料浪熨中引人少*可压缩性，使初始泊松比”搖近05.冈引人可压给性少所得结果与用完全不

11、可压编材料结杲非常接近:。(5) 应采用尽可能小的时间步长以保还求無结果的精度和可靠性C2.3MHwni元横型慷胶蔽展器倒面示意图独图2所示址体由天然俎成底板和M板由05B啊组良分别与橡胶垫体帖接.ft不可压強大变形堆棋技术用有限元软件ABAQUS金立核震器1对称篠型如图3所示。其中様胶体用8节点、全积分、线性位移/常压力单元杂交单元(C3D8H).钢板用非协调兀横式单元(C3D8I)O芳虑橡胶和钢扳粘接足够牢固,用Tk处理两者按触'图2面示慮的F.2SectwoMrhetnaticofrobbernoUlar图3j/2wirw«元横熨Fig.3l/2»)OBmct

12、xyGnileobocM3檢胶静杰力学性能分析XI检胶Wisfli拉伸下有阪元分析图£为陽療器受拉后试验形魏图与数值卄算的形荻图比较由图看出拉伸G,隔振器左右两边成*形状数值计算：錯果也证实这一点由于棟胶具科不町斥细性受力时只有形状改变而体积几乎无变化轴向受力时横向及耶度力向收縮且上下麦面受约東号致中间收缩明SL从影驶图退察数值模拟结果与试脸结果非和切令。SH拉忡岳诺繼图F.4Tewiiemarpholo<ya£rubberinUlor图5为檢胶陽振器拉仲下位移与戦荷曲线对比。阳中草轴拉伸表示只采用单給拉忡试酸数据，拉表示采用单轴竝伸和钝剪切(平面拉伸)组合的试絵效砌

13、。由图5可明显舒出.只采用堆剪切试验数据与只采用拉侔试脸數据计算结果虽Q势与试鲨结果较一致但數血上存在较人俯差前若结果稍优干后占。采用拉伸和钝勢切组令的材料数据与采用拉伸、压娴及纯剪切三者组合的试脸数据计算结果与试脸结果作常吻合且采用拉伸+她勇切结果与试验结果最確近丙为隔檢蛙在受拉过程中不仅有拉伸且有剪切含纯JJ切度*剪切行为的试脸效据对受拉下的计算结J®然而爲*受拉变形不含压第行为引入压娼敎馆不仅不能增加精度反会薛低拟合本构模型辅度.9致结栗不准蓟°因比对竝伸状态下的橡胶结构件数值分析宜采用单输拉伸纯豹切组合数1K填充本构駅i。压编城剪切组合散塞结果笔*相同。由于隔按恋压

14、轴F不存在拉伸变形行为拉伸试够数据无用。因此.对压靖状态下檢咬结构件有限元分析釆用单抽压第个郭药切的组合散据即可。353O252OISKiravJ-sr-如-M5KRMUKH8仲下位移七荷曲皱Fig.5MWezT轉curvciufrubbrfbboLuotinkmicnSO45的353O252OISIOMvfiw510152S图7下位務-載術曲线阳7IMpbmBeel-lciMiingcurtofnbberuolukvinciNnfimMcm3.3AKHfiMU切下育限元分析图8为检胶隔按器受剪坊的形観图白观其形験.数值復拟结聚与试验结果校吻合32檢胶RlfiSlitt下有限元分析图6为橡胶陽

15、扳器受压后的形粮图由图看岀压蝠后關按养成-iGT状且在例板和橡胶接触区域有思曲行为单元扭曲较明显会孕致计算中Bh合珅引人町压«rt.®大地处理网格有利于减缓单元从形较图观瞑无论2Effi£的載体形状或塑曲的特殊区域飲值模拟结杲与试验结杲较致C图6后影蛻图Fig.6CompmsiocitnurpbokoofrwbberMlalorMtl20406080100120140垃咖nra«ttKMftisw切ig影毀图F1&8Shrarrworpbolog)*alrubberol*torM2S2OISIO,zs«WR隔掠陆受压下有限元分析比较分别

16、采用也胶集辅拉伸.纯剪切、单第压编单输圧皓纯豹切组合及卑轴拉伸圧第4纯剪切组合的试監数世其位与背曲线如图7所示。由图可知采»4tmn伸或策納压缩试脸数据计算的位移与談荷曲线与试验测试结果存在较大侃免面采用纯剪切败据结果与试脸较氏近冈为对不可压编材料平面拉伸号平面圧细具有零效性面平向压缩试喩梢度优于单釉压编试脸、同受矩一样,隔按科受压下含有压及剪切两种行为速用单轴压蜡和纯剪切姐合数据町得到较搁倉结5R3冈此采用压缩卜钝剪切组合数据与采用拉伸国9WKRUSawVJttSTffiO-«fflft«Fi<.9Owphcement-kiedinKcum*erfrubb

17、eritohlard4u图9为选用不同材料试验数据檢胶陽振器剪切下位移与载荷变化曲线对比。由图可知模拟隔廉器噸切状公下若只选单一试验数据应采用单输压箔或境前切试够数粧。采用组合材料试验数粥计算结果优于采用单一试驗数那计算结果且采用拉伸爪篦宛聘切结果与试驶结果量接近。与拉伸与压编不间.礴厳器庄勇切状冬下含有单轴拉伸单轴庶缩及剪切的所有变形棋式冬求采用的据須袖播诛三种变形行为因此需采用爪轴押伸亀辅爪编纯片切组合的材料本构关系'4结论(1) 対嫖胶茅不可汗端材K大变形令限元分析.应优先采用全枳分线性杂交单元，网格划分应斥城保if阿恪发生大变形后仍凡良好的炽元几何形态金林料模壇中引入少味可压缩性有利减轻不可压她林料单元体枳白镶。(2) 对检胶结构件丹屉元分