橡胶分析与ABAQUS--黄友剑100

基于ABAQUS的橡胶元件大变形分析问题的仿真探讨黄友剑、张亚新、程海涛中国南车株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲，412007摘要：橡胶元件大变形状态的仿真计算，是橡胶分析的一个难点和挑战。

为此，本文详细探讨了橡胶元件基于不同结构和承载特性下的网格布局，针对橡胶大变形而进行的网格重划，以及为实现橡胶元件超大变形而采用的准静态求解技术。

这些针对模拟橡胶元件大变形的分析方法，是橡胶元件分析方法的一个很好的探讨。

关键词：橡胶元件、网格重划、网格布局，ABAQUS橡胶材料是一种典型的超弹材料，具有明显的大变形、大应变及高度非线性的力学特性，因此在对橡胶元件承载过程的计算机模拟分析中，往往会因大变形导致橡胶单元网格出现严重扭曲，从而导致程序收敛失败使计算模拟过程无法进行。

为此，本文就橡胶模型的网格布局、网格重划以及准静态求解技术在橡胶元件大变形分析中的应用进行探讨。

1 基于橡胶结构的网格布局不同的橡胶结构及承载方式需要不同的网格布局和网格形状来满足有限元分析中的求解收敛性问题。

为此，本文就橡胶元件典型的几种结构以及此结构所采用的网格布局特性进行探讨，以阐述网格布局对橡胶变形问题的影响。

1.1 球铰类结构的阶梯状网格布局大量分析结果表明：橡胶球铰采用阶梯状网格布局方式来形成的网格，可以参数化调整网格密度和网格分布，从而达到优化网格质量的目的，因此采用阶梯状的网格布局可以较好地满足橡胶球铰在各向承载下的网格要求，使橡胶球铰的分析精度更高，分析结果与实际情况相比更加接近。

图1 阶梯状网格布局下变形分析1.2 锥形类结构的放射状网格布局对于锥形类橡胶元件，锥形横截面上设置放射状网格布局，以及经由此网格布局所形成的单元形状，可以较好地模拟其垂向方向的承载特性。

因此，该放射状网格的优势在于可根据锥形弹簧垂向承载要求，适时参数化调整网格形状，以达到不同垂向承载大小对网格布局的要求，从而更精确地模拟出橡胶自由面的变形状态。

基于ABAQUS的橡胶材料粘弹性特性仿真王永冠1，黄友剑1，卜继玲21.株洲时代新材科技股份有限公司技术中心，株洲，412007.2.西南交通大学机械工程学院，成都，610031摘要：本文通过一个橡胶关节产品的径向载荷作用下材料及产品力学性能的变化为例，研究橡胶材料的粘弹性对其及产品性能的影响。

分析过程充分说明Abaqus是研究橡胶粘弹性能的强有力的有限元分析工具。

关键词：橡胶材料，ABAQUS，粘弹性，滞回曲线1 引言自然界有两类众所周知的材料：弹性固体和粘性流体。

弹性固体具有确定的构形，在静载作用下发生的变形与时间无关；粘性流体没有确定的形状，在外力作用下形变随时间而发展。

而有一些材料常同时具有弹性和粘性两种不同机理的变形，综合体现弹性固体和粘性流体的特性，材料的这种性质称为粘弹性。

这类材料受力后的变形过程是一个延迟过程。

因此，这类材料的应力不仅与当时的应变有关，而且与应变的全部变化过程有关，材料应力应变意义对应的关系已不存在，应以应变关系与时间有关，这类材料称为粘弹性材料[1]。

2 材料粘弹性力学行为物质粘弹性的宏观表象描述，着重于物质的力学行为与时间、频率和温度的相关性。

本节简要阐述物质的粘弹性性能：准静态条件下物体的应力应变随时间而变化的基本现象，即蠕变和应力松弛；谐变作用时粘弹性性能的频率相关性；粘弹性行为的温度依赖性。

本文通过一个橡胶关节产品径向加载下的计算，且考虑橡胶材料的粘弹性属性，来全面系统地研究橡胶产品的各项力学性能。

有限元模型及材料属性定义见图1所示。

图1 橡胶关节的有限元模型及材料属性定义考虑橡胶材料的粘弹性性能，在定义超弹性属性后，还需在材料属性定义中继续添加材料的粘弹性参数或滞回参数。

ABAQUS提供了多种粘弹性或滞回参数的输入方式，最常见的有多项系数拟合、松弛及蠕变的实验数据输入两种方式[2]。

本文采用前者对橡胶材料粘弹性属性进行描述。

同时还可以输入时间温度参数，以描述橡胶材料粘弹性的时温效应[2]。

橡胶材料在ABAQUS的材料参数设定ABAQUS是一款常用的有限元分析软件，能够进行多种工程问题的模拟和分析。

在ABAQUS中，要设定橡胶材料的材料参数，首先需要选择适当的材料模型，并根据实验数据来确定材料参数的具体数值。

橡胶材料的性质是非线性的，所以在ABAQUS中通常使用Hyperelastic材料模型。

下面将详细介绍橡胶材料在ABAQUS中的材料参数设定。

橡胶材料的本构模型由于橡胶材料的高度可压缩性和非线性行为，经典的线性弹性模型不能准确地描述橡胶的力学性能。

在ABAQUS中，默认的橡胶材料模型是非线性的Hyperelastic材料模型，可选的模型包括：Mooney-Rivlin模型、Neo-Hookean模型、Ogden模型等。

这些模型的主要区别在于其形式和需要确定的参数数量。

在选择合适的模型时，需要根据实验数据的特点和需求来进行选择。

材料参数的确定确定橡胶材料的材料参数是非常重要的，这些参数直接影响到模拟结果的准确性。

通常，可以通过实验测试来测量材料的拉伸或压缩行为，以及其它的力学性能，例如剪切刚度和各个方向上的应变能函数。

利用这些实验数据，可以利用ABAQUS提供的拟合工具进行参数拟合，从而得到合理的材料参数。

拟合工具ABAQUS提供了多种实验数据拟合工具，用于确定材料模型的参数。

其中最常用的是通过拉伸实验数据进行拟合来确定材料的应变能函数。

该方法基于ABAQUS的材料模型来计算应变能函数，然后将实验数据拟合到计算结果得到最佳拟合参数。

在ABAQUS中，可以通过以下步骤进行材料参数设定：1. 创建材料模型：选择合适的Hyperelastic材料模型，并为其分配一个名称。

2.确定材料参数：根据实验数据的特点和要求，选择适当的材料参数。

3.输入材料参数：将确定的材料参数输入到ABAQUS中，可以通过输入文件或者ABAQUS/CAE图形界面进行设定。

4.材料测试：使用所设定的材料参数进行模拟测试，验证材料模型的准确性。

基于ABAQUS的橡胶材料粘弹性特性仿真王永冠1，黄友剑1，卜继玲21.株洲时代新材科技股份有限公司技术中心，株洲，412007.2.西南交通大学机械工程学院，成都，610031摘要：本文通过一个橡胶关节产品的径向载荷作用下材料及产品力学性能的变化为例，研究橡胶材料的粘弹性对其及产品性能的影响。

分析过程充分说明Abaqus是研究橡胶粘弹性能的强有力的有限元分析工具。

关键词：橡胶材料，ABAQUS，粘弹性，滞回曲线1 引言自然界有两类众所周知的材料：弹性固体和粘性流体。

弹性固体具有确定的构形，在静载作用下发生的变形与时间无关；粘性流体没有确定的形状，在外力作用下形变随时间而发展。

而有一些材料常同时具有弹性和粘性两种不同机理的变形，综合体现弹性固体和粘性流体的特性，材料的这种性质称为粘弹性。

这类材料受力后的变形过程是一个延迟过程。

因此，这类材料的应力不仅与当时的应变有关，而且与应变的全部变化过程有关，材料应力应变意义对应的关系已不存在，应以应变关系与时间有关，这类材料称为粘弹性材料[1]。

2 材料粘弹性力学行为物质粘弹性的宏观表象描述，着重于物质的力学行为与时间、频率和温度的相关性。

本节简要阐述物质的粘弹性性能：准静态条件下物体的应力应变随时间而变化的基本现象，即蠕变和应力松弛；谐变作用时粘弹性性能的频率相关性；粘弹性行为的温度依赖性。

本文通过一个橡胶关节产品径向加载下的计算，且考虑橡胶材料的粘弹性属性，来全面系统地研究橡胶产品的各项力学性能。

有限元模型及材料属性定义见图1所示。

图1 橡胶关节的有限元模型及材料属性定义考虑橡胶材料的粘弹性性能，在定义超弹性属性后，还需在材料属性定义中继续添加材料的粘弹性参数或滞回参数。

ABAQUS提供了多种粘弹性或滞回参数的输入方式，最常见的有多项系数拟合、松弛及蠕变的实验数据输入两种方式[2]。

本文采用前者对橡胶材料粘弹性属性进行描述。

同时还可以输入时间温度参数，以描述橡胶材料粘弹性的时温效应[2]。

ABAQUS中网格划分对于橡胶材料自接触，大变形的收敛性研究曹鹏1，冯德成1，马宏岩1（1.哈尔滨工业大学交通学院）前言橡胶材料在工业界应用广泛，是非常多工业原件的组成材料。

典型的橡胶原件为橡胶，金属复合结构，同时橡胶材料也是轮胎的主要组成部分。

这些原件在使用过程中往往会发生大变形，同时橡胶材料又是一种超弹性材料，可以承受巨大的变形而不破坏，卸载以后变形可以回复。

这种材料属性使得橡胶类材料区别于金属类，混凝土类材料。

在国际通用的有限元软件abaqus上为模拟橡胶类材料准备了丰富的材料库。

abaqus软件的6.9-2版本可以提供Mooney—Rivlin，Neo Hooke，Ogden，Polynomial等多种方式来方便用户定义各种实验或理论确定的超弹性模型来模拟橡胶材料的独特力学特性。

1橡胶材料的大变形由于橡胶材料能够承受的大变形能力使得橡胶材料在受力过程中发生了巨大的变形，导致在有限元计算中由于网格变形过大，单元发生严重扭曲从而导致了计算不收敛（收敛问题一般发生在standard中）。

同时在橡胶变形过程中，一般会发生自接触，这样更加剧了一些橡胶类材料在有限元计算中过早停止收敛，无法得到准确模拟的不良后果。

为了解决这一问题，很多针对于abaqus软件的计算橡胶类材料的方法被提出，如文献[1]中介绍了一种采用python语言书写脚本文件在计算过程中提前有限元网格，并重新划分的方法，取得了良好的效果。

高密度的网格也是解决网格收敛性的一个主要方法，但是这样方法会增加计算成本，同时这种方法对于自接触+网格奇异时往往获得不了很好的效果。

采用explicit来模拟橡胶材料的变形也是一种可以替代的方案，但是收敛性却只能通过最小时间步长来确定，同时计算时间巨大。

从文献[1]的观点可以认为，网格调整对于保证这种大变形材料计算结果的收敛性具有重要的作用。

众所周知，固体力学中一般材料拉格朗日坐标来定义控制方程。

这样的行为使得材料限制在网格当中，如果网格变形过大则有限元网格投射到整体坐标系下时可能发生退化，如局部坐标系下的四节点等参元在总体坐标系下退化为三节点次参云，如果反应在abaqus软件中会提醒负特征值或零主元。

abaqus橡胶实验参数获得方法以abaqus橡胶实验参数获得方法为标题橡胶材料在工程领域中广泛应用，了解其力学性能是十分重要的。

在实验中，我们可以使用ABAQUS软件来模拟橡胶材料的力学行为，通过调整实验参数来获得准确的实验结果。

本文将介绍一些常用的ABAQUS橡胶实验参数获得方法。

1. 材料模型的选择在ABAQUS中，选择合适的材料模型对于获得准确的实验结果至关重要。

对于橡胶材料，常用的材料模型有Mooney-Rivlin模型、Neo-Hookean模型和Ogden模型等。

根据实际情况选择合适的材料模型，并根据材料参数进行输入。

2. 材料参数的获取橡胶材料的力学性能与其材料参数密切相关。

常见的橡胶材料参数包括杨氏模量、泊松比、拉伸硬化指数等。

这些参数可以通过实验测试获得，也可以通过文献查询获得。

在ABAQUS中，需要将这些参数输入到材料模型中，以便进行模拟分析。

3. 材料拉伸测试橡胶材料的拉伸性能是其力学行为的重要指标之一。

在ABAQUS 中，可以通过拉伸测试来获取材料的应力-应变曲线。

在模拟中，需要设置拉伸速度、加载方式等参数，并根据实际情况选择合适的加载条件。

通过模拟分析，可以得到橡胶材料的应力-应变曲线，并进一步获得材料的拉伸性能参数。

4. 材料压缩测试除了拉伸测试，橡胶材料的压缩性能也是需要进行实验分析的。

在ABAQUS中，可以通过设置压缩载荷、加载方式等参数来进行模拟分析。

通过模拟分析，可以得到橡胶材料的应力-应变曲线，并进一步获得材料的压缩性能参数。

5. 材料动态性能测试橡胶材料在工程应用中常常需要承受动态载荷，因此了解其动态性能是十分重要的。

在ABAQUS中，可以通过设置动态加载条件、频率等参数来进行动态模拟分析。

通过模拟分析，可以获得橡胶材料的动态应力-应变曲线，并进一步获得动态性能参数。

6. 材料耐久性测试橡胶材料的耐久性是其在实际应用中的重要指标之一。

在ABAQUS 中，可以通过设置循环加载条件、循环次数等参数来进行耐久性模拟分析。

浅谈基于ABAQUS平台下空气弹簧系统CAE建模的相关问题黄友剑、张亚新、程海涛、刘建勋1. 中国南车株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲，412007摘要：空气弹簧在设计、分析及生产等层面都具有一定的技术含量。

本文首先介绍了空气弹簧系统目前在国内有限元分析方面的技术成果，然后介绍了空气弹簧在有限元分析方面的所表针出来的技术特点，并在此基础上着重探讨了基于ABAQU仿真平台上空气弹簧系统CAE 建模上所表现出来的优势，同时也探讨了常规建模在ABAQUS上所表现出来的不足和局限。

关键词：ABAQUS平台、空气弹簧系统、流体单元、Rebar空气弹簧系统在设计、分析及生产等阶段都表现出一定程度的技术含量。

最近几年，特别是高铁的陆续新建，国内对空气弹簧表现出较为旺盛的市场需求，而这对空气弹簧的原创设计能力相应地提出了更高的要求，这种原创设计能力同样也体现设计者需要对空气弹簧系统的承载特性具备一定程度的预测能力，因而这就促进了空气弹簧有限元分析技术在国内的发展。

为此本文就这一方面的话题与ABAQUS的用户朋友进行交流和分享。

1、基于空气弹簧系统的有限元分析成果空气弹簧系统由空气弹簧和与它匹配的橡胶弹簧组成。

国内研究院、高校及企业经过多年的努力，已经较为成功地实现对空气弹簧系统承载特性的仿真模拟，可以得到整个空气弹簧系统的变形状态、系统的刚度值和刚度特性曲线。

在空气弹簧系统的承载过程中，通过有限元分析，可以得到空气弹簧模型在经过装配、充气及垂向承载后的变形状态（见下图1），由此观察空气弹簧系统各个部件间是否会出现碰撞、接触及自身是否会发生褶皱的问题。

A: 分析模型 B:装配图 C:充气 D:轴向承载图1 空气弹簧分析的典型变形过程通过对空气弹簧系统的有限元分析，可以对各个部件的变形特性及应力分布状态进行观察，判断各个部件的受力状态及材料的选用情况是否合适。

关于空气弹簧部件，通过垂向承载及横向承担的分析，可以发现该部件的局部区域变形是否过大，是否有明显的应力集中区域；通过极限承载分析，就可以分析包括系统各个部件是否会出现包括干涉在内的各种不正常的情况。

2007年ABAQUS华中地区技术研讨会橡胶减振器设计分析与ABAQUS模拟仿真黄友剑2007年4月时代新材４、载荷位移曲线1、空气导管3、压缩模型图1-1 加载与应变历程rgen Bergström提供的本构模型，ＡＢＡＱＵＳ可以同时对超弹及Mullins进行拟合。

图1-2 玛琳效应拟合m提供的本构模型，ＡＢＡＱＵＳ可以同时对超弹图1-3:超弹材料的粘弹曲线特性7、动载曲线8、动刚度曲线两种网格网格图2-1 自由面设计与分析图2-2 弹性定位套图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。

2、橡胶球铰(定位节点)二、橡胶元件的典型结构ABAQUS研讨会图2-4 定位节点的设计与分析2、橡胶球铰(定位节点)二、橡胶元件的典型结构ABAQUS 研讨会图2-4 定位节点的设计与分析2、橡胶球铰(定位节点)二、橡胶元件的典型结构ABAQUS 研讨会图2-4 定位节点的设计与分析2、橡胶球铰(汽车节点)二、橡胶元件的典型结构ABAQUS 研讨会图2-5 定位节点的设计与分析图2-5 定位节点的设计与分析二、橡胶元件的典型结构ABAQUS研讨会2、橡胶球铰(汽车节点)图2-6 汽车球铰的承载动画图橡胶球铰各向承载动画2、压缩型减振元件(轨道减振器)二、橡胶元件的典型结构ABAQUS 研讨会图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!2、压缩型减振元件(轨道减振器)二、橡胶元件的典型结构ABAQUS 研讨会图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!图2-7 ABAQUS与压缩型元件2、压缩型减振元件(橡胶堆)二、橡胶元件的典型结构ABAQUS 研讨会图2-7 ABAQUS 与压缩型元件轨道减振器图3-2 自由面设计与优化利用ABAQUS可很好的预测出元件所需要的刚度拐点开孔方向应力集中破坏位置无应力集中轴箱弹簧结构与分析3、剪切型橡胶元件（轴箱弹簧）二、橡胶元件的典型结构ABAQUS 研讨会ABAQUS ，并结合工程实际，能较好的分析出产品可能破坏的位置，这为优化结构，提高产品寿命提供了可能。

ABAQUS在橡胶制品领域的研究与应用ABAQUS在橡胶制品领域的研究与应用橡胶制品作为一类常见的材料，广泛应用于汽车、航空航天、建筑等行业。

随着科学技术的不断进步，传统的试验研究逐渐无法满足对橡胶制品的性能需求。

ABAQUS作为一种有限元分析软件，可以对橡胶材料进行力学性能分析，为橡胶制品的研究与应用提供了一种新的方法。

ABAQUS在橡胶制品领域的研究与应用主要包括以下几个方面。

首先是弹性力学性能分析。

ABAQUS可以模拟橡胶材料在受力时的弹性行为。

通过建立适当的材料模型和边界条件，可以计算出橡胶制品在受力时的变形、应力和应变分布。

在汽车轮胎的设计中，通过ABAQUS可以预测轮胎在不同路面条件下的变形情况，为改善轮胎的抓地力和舒适性提供科学依据。

其次是断裂力学性能分析。

橡胶制品在使用过程中可能经受各种复杂的外力作用，容易出现断裂现象。

通过ABAQUS的有限元分析方法，可以预测橡胶制品在不同外力条件下的断裂位置和形态。

这可以为橡胶制品的设计和材料选择提供指导，提高产品的可靠性和使用寿命。

此外，ABAQUS还可用于研究橡胶材料的疲劳性能。

由于橡胶制品可能长时间受到往复循环载荷的影响，容易发生疲劳损伤。

通过ABAQUS可以模拟橡胶材料在疲劳载荷下的变形和应力分布，进而预测其疲劳寿命。

这对于橡胶制品的设计和使用寿命评估具有重要意义。

除了力学性能的分析外，ABAQUS还可以结合材料模型和温度、湿度等外界因素进行热学性能分析。

橡胶材料在不同温度和湿度环境下的物理性能会发生变化，这些因素对橡胶制品的使用性能也有很大影响。

通过ABAQUS的有限元分析，可以模拟橡胶材料在复杂热湿环境下的变形和性能变化。

这为橡胶制品的设计和使用提供了科学依据。

需要注意的是，ABAQUS在橡胶制品领域的研究与应用不仅仅局限于上述几个方面。

随着科学技术的发展，ABAQUS在材料建模、失效分析、性能优化等方面的应用也逐渐得到推广。

橡胶制品是一个复杂的体系，涉及材料科学、力学和热学等多个学科领域。

橡胶减振支座动态性能仿真分析研究方建辉;丁智平;卜继玲;黄友剑;李飞;白晓鹏【摘要】Based on three hyperelastic rubber material constitutive models of Mooney-Rivlin, Ogden 3 order and Van der Waals, and taking into consideration of influencing factors of load frequency, load amplitude and load mean value,the finite element models of rubber damping brackets of wind driven generator were established respectively and the dynamic properties of rubber damping brackets were made numerical simulation. Through rubber brackets dynamic bearing test, the effects of constitutive models of different rubber materials on simulation accuracy of rubber elastic parts were analyzed. The analysis of rubber damping bracket simulation and dynamic bearing test result error both indicated that Van der Waals model was suitable for compressing and shearing deformation load cases, Mooney-Rivlin model was for small or medium deformation load cases and Ogden 3 order model was for large deformation load cases. The appropriate rubber material constitutive model needs to be selected to improve the precision of FEA according to load cases.%基于Mooney-Rivlin、Ogden 3阶和Van der Waals三种橡胶超弹材料本构模型，考虑载荷频率、载荷幅值、载荷均值诸因素影响，分别建立风力发电机橡胶减振支座有限元模型，对橡胶减振支座动态性能进行数值模拟。

abaqus橡胶材料定义一、概述Abaqus是一种广泛使用的有限元分析软件，可以用于模拟各种工程问题。

其中，橡胶材料在工程中应用广泛，因此在Abaqus中定义橡胶材料是非常重要的。

本文将详细介绍如何在Abaqus中定义橡胶材料，包括材料参数的设置和实例应用。

二、材料参数设置1. 橡胶材料的特性橡胶是一种高弹性和高可变形性的聚合物材料。

在应力作用下，它可以发生大变形而不会破裂。

因此，在定义橡胶材料时需要考虑以下特性：（1）非线性弹性：橡胶具有非线性弹性行为，在大变形下表现更为明显。

（2）黏弹性：橡胶具有黏弹性行为，在应力作用下会发生时间依赖的变形。

（3）疲劳寿命：由于其高可变形性，橡胶易受到疲劳损伤。

2. 材料参数设置在Abaqus中定义橡胶材料时需要设置以下参数：（1）密度rho：单位为kg/m^3。

（2）泊松比nu：泊松比是材料的一个基本参数，表示材料在拉伸或压缩时横向收缩或膨胀的程度。

对于橡胶材料，通常取值为0.49。

（3）Young's模量E：Young's模量是材料的刚度参数，表示单位应力下单位应变的比值。

对于橡胶材料，通常取值范围为0.1-10MPa。

（4）损伤参数：由于橡胶易受到疲劳损伤，因此需要设置相应的损伤参数。

三、实例应用下面以一个简单的拉伸试验为例介绍如何在Abaqus中定义橡胶材料。

1. 模型建立首先，在Abaqus中新建一个模型，并创建一个草图来定义试件几何形状。

然后，使用拉伸工具将试件进行拉伸并设置荷载大小和方向。

2. 材料定义接下来，在Abaqus中定义橡胶材料。

选择“Materials”菜单，在弹出窗口中选择“Elastic”类型，并输入上述所提到的密度、泊松比和Young's模量等参数。

此外，还需要设置相应的损伤参数。

选择“Damage and Failure”菜单，在弹出窗口中选择“Ductile Damage”类型，并设置相应的参数。

3. 模拟分析最后，在Abaqus中进行模拟分析。