計(jì)算機(jī)模擬在橡膠材料疲勞性能預(yù)測(cè)中應(yīng)用

《計(jì)算機(jī)模擬在橡膠材料疲勞性能預(yù)測(cè)中應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、廣東建材2015年第10期材料研究與應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬在橡膠材料疲勞性能預(yù)測(cè)中的應(yīng)用曹婷婷(廣東廣業(yè)檢測(cè)有限公司)【摘要】橡膠材料被廣泛應(yīng)用到儀器設(shè)備、管道銜接、汽車、航空機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域，主要源于其大變形和不可壓縮特性。在實(shí)際使用中，橡膠的疲勞性能是需要考慮的重要因素。本文采用ABAQUS等有限元分析軟件對(duì)橡膠材料的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，文中設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)流程，對(duì)橡膠材料疲勞性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而確定實(shí)驗(yàn)的可行性。【關(guān)鍵詞】橡膠；疲勞壽命；有限元122221前言=2軈I1-CijCij軈=軈λ1λ2軈+軈λ2λ3軈+軈λ3λ1軈橡膠的疲勞破壞指的是在周期變形或者

2、外力作用i，j=1,2,3(式3)下引起材料的物理機(jī)械性能下降。因?yàn)檫@種疲勞破壞在I=detC=軈λλλ3軈2(式4)312周期性載荷下產(chǎn)生的，不是在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生，一般情況C=FTF(式5)下猶如脆性失效一樣，沒(méi)有明顯的塑性變形，所以這種墜xF=(式6)潛在的危險(xiǎn)十分值得我們?nèi)パ芯糠治?。墜X本文對(duì)橡膠材料首先進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試獲取其基J=detF(式7)本力學(xué)數(shù)據(jù)，包括等容積壓縮、單軸拉伸、平面剪切等，式中，I為二階張量不變量，下角標(biāo)1，2和3表示選擇合適的本構(gòu)模型，擬合得到本構(gòu)模型參數(shù)。采用等互相垂直的3個(gè)方向。J是指橡膠材料變形后和變形之加速試驗(yàn)方法

3、繪制出疲勞壽命曲線（S-N曲線）。該過(guò)程前的體積之比，F(xiàn)是指橡膠材料的本身固有的變形梯是建立在彈性行為的疊加原理[1]?；谏鲜鰲l件，采用度，x和X指的是試樣同一點(diǎn)在變形前和變形后所處的ABAQUS有限元分析軟件計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力變化分布情坐標(biāo)。λ為主方向上的伸長(zhǎng)率，下角標(biāo)1、2、3分別代表況，然后利用FE-SAFE疲勞計(jì)算軟件進(jìn)行分析計(jì)算，將X、Y、Z軸三個(gè)方向。最終結(jié)果的ODB文件導(dǎo)入ABAQUS軟件中查看疲勞破壞N次多項(xiàng)式理論也是基于唯象理論得出的本構(gòu)模狀況。型。假設(shè)是各項(xiàng)同性材料，橡膠材料的應(yīng)變能密度就可以分解為體積應(yīng)變能和應(yīng)變偏量能，方程如下：2

4、實(shí)驗(yàn)理論基礎(chǔ)W=f軈I軈-3，I軈-3軈+gJ-軈1軈(式8)12實(shí)驗(yàn)過(guò)程中本構(gòu)模型的選取對(duì)后期計(jì)算結(jié)果起著N12i至關(guān)重要的作用，只有對(duì)本構(gòu)模型的基本概念有了深入假設(shè)g=Σ軈J-1軈，然后進(jìn)行泰勒公式展開(kāi)后i=1Di了解，才能在后期選出最合適的本構(gòu)模型。得出多項(xiàng)式表示的應(yīng)變能如下：對(duì)于各向同性材料來(lái)說(shuō)，假定I1、I2、I3分別是柯西NijN-格林變形張量的三個(gè)基本不變量，如果是初始沒(méi)有應(yīng)12iW=ΣCij軈I軈-3軈軈I軈-3軈+Σ軈j-1軈(式9)12D[2,3]i+j=1i=1力構(gòu)形的超彈性材料，應(yīng)變能函數(shù)W可表示為：上述模型方程主要用來(lái)表示橡膠

5、本構(gòu)模型，N是多W=W(I1，I2，I3)(式1)222項(xiàng)式階數(shù)。材料初始體積模量為k0，剪切模量為μ0，這I=trC=C=λ+λ+λ(式2)1ii123些都取決于多項(xiàng)式的一階系數(shù)。122I2=軈軈trC軈-trC軈μ0=2(C10+C01)，k=2/D1(式10)2-29-材料研究與應(yīng)用廣東建材2015年第10期Mooney通過(guò)物質(zhì)相變理論和大量實(shí)驗(yàn)得出應(yīng)變能消除誤差，試樣從L0拉伸變形為L(zhǎng)，采用自動(dòng)曲折試驗(yàn)函數(shù)：機(jī)進(jìn)行疲勞測(cè)試得出疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)為表2。W=C10(I1-3)+C01(I2-3)(式11)表2疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)Rivlin的二次方程為：L0/

6、mmL/mm應(yīng)變應(yīng)力/MPa2NfW=C10(I1-3)+C01(I2-3)+C11(I1-3)(I2-3)1#715.971.2552.1610601222#2041.871.0931.8810866+C20(I1-3)+C02(I2-3)(式12)3#2852.920.8901.5722279如果材料處在中等應(yīng)變，方程(12)所表示的應(yīng)力-4#3257.070.7801.4027549應(yīng)變曲線具有一個(gè)拐點(diǎn)，具備很好的擬合性。5#3047.730.5911.1741804以O(shè)gden模型為代表的唯象理論，采用主伸長(zhǎng)率為將上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成S-N曲線，

7、為FE-SAFE軟件變量表示的本構(gòu)模型為：計(jì)算疲勞結(jié)果做準(zhǔn)備。nnααα2μiii12iiW=Σ2軘λ軘+λ軘+λ軘-3軘+Σ軘J-1軘3.3建模分析計(jì)算i=1α123i=1Di采用ABAQUS軟件建模，基本流程包括幾何建模、賦(式13)予材料邊界條件和材料性能，施加載荷、網(wǎng)格劃分和建1-3立分析步以及最后的工作提交。其中定義材料性能需要式中λ軘i=Jλi→λ軘1λ軘2λ軘3=1?？梢圆捎幂^少的項(xiàng)根據(jù)單軸拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線找出最合適的本構(gòu)模型參來(lái)很好地描述橡膠材料在不同應(yīng)變條件下的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)，文章[4]中提到怎樣才能找出其他材料模型的輸入?yún)顟B(tài)，這是Og

8、den方程的優(yōu)勢(shì)。數(shù)的方法。在ABAQUS軟件中Property中的Evaluate3實(shí)驗(yàn)鍵進(jìn)