欢迎光临橡胶机械密炼机开炼机捏炼机专业制造商泰州利来官网机械!

咨询服务热线
18652663888、18168539358
搜索关键词:密炼机,捏炼机,开炼机,橡胶机械
18652663888、18168539358

您当前位置 密炼机厂家 > 新闻中心 > 技术讲座



泰州利来官网橡胶机械-密炼机:橡胶汽车衬套的疲劳仿真分析

发布时间:2019-04-24 20:42:00 点击:    关键词:密炼机,捏炼机,开炼机,橡胶机械

泰州利来官网橡胶机械-密炼机厂家2019年4月24日讯  衬套分为常规橡胶衬套和液压橡胶衬套,属于汽车底盘橡胶制品件,是车身各零部件之间铰接点,其弹性特征及衰减特性优越,能承受载荷、隔离、衰减振动、降低噪音,保证乘坐舒适性,对汽车悬架设计有重要影响。

衬套种类多样,一方面由于不同的安装位置和受载;一方面为了达到性能要求,如动、静刚度、耐久等。设计之初首先要通过调整橡胶硬度值,橡胶、金属结构和占有体积的大小,来满足客户要求的动、静刚度值。然后,做适当地修正,达到主方向刚度及扭转、偏摆和耐久性能等目标值。汽车底盘橡胶衬套的骨架由于受载、安装位置、环境条件等要求不同,衬套骨架数量不同,包括:纯橡胶衬套、单骨架衬套、双骨架衬套、三骨架衬套和多骨架衬套等。纯橡胶衬套,可单独使用,也可通过压入内、外骨架装配后使用。

       橡胶衬套是一种具有良好弹性的工程材料,能承受大应变而不会发生永久性的变形和断裂。汽车行业中,橡胶材料被广泛应用在各种减震降噪装置中。在橡胶产品开发中,耐久性能是重点关注的性能,因为橡胶衬套疲劳失效,会大大影响整车的操稳性能和舒适性能,甚至影响正常的安全性能,从而导致事故发生。

 
 橡胶衬套的特点

1、由于橡胶件的形状有较自由的选择余地,所以能恰当的选择三个方向(轴向、径向、扭转)的刚度;

2、能够和金属牢固的硫化在一起,简化了固定和支撑的结构。因此,在三个方向中任一方向都可用来支承载荷;

3、橡胶的弹性模量比金属小,可以产生较大的弹性变形;

4、橡胶内部摩擦比金属的大,具有随频率增加而增大的倾向,因此,使用橡胶轴套可以降低共振振幅;

5、橡胶在低温时,动弹性系数会急剧上升,因此,选择橡胶轴套材料时,应力求改善材料的耐高温、耐低温、耐油等性能。

目前,国内橡胶产品的设计开发主要依托试验进行验证,导致产品的设计周期长,开发费用高。如果在项目开发的早期,通过虚拟仿真分析的方法,就可以有效地预测橡胶衬套的耐久性能,并且节省大量费用,缩短开发周期。

1、橡胶衬套CAE网格模型的建立

考虑到橡胶的大变形,需要采用六面体网格单元进行仿真计算,才能得到正确的结果。但是,如果模型结构复杂,六面体建模往往难度很大。橡胶衬套需要考虑整车NVH性能,各个方向上的刚度要求不一样,因此结构设计的较为复杂,使得六面体网格建模非常困难。针对不同的橡胶衬套,利来老牌w66制定了各种不同的衬套建模方法。下图是某摆臂舒适性衬套的建模方法。

密炼机,开炼机,捏炼机,橡胶机械

2、基于ABAQUS的橡胶衬套应力应变计算

基于ABAQUS软件,选择合适的橡胶本构模型,就可以进行橡胶衬套的应力应变计算。橡胶衬套因为要保证整车的NVH性能,一般运动行程都很大,因而衬套的应变极大,应力应变非线性计算时,容易不收敛,无法进行下一步的疲劳计算。通过调整有限元模型,增加收敛控制系数,提高沙漏刚度等手段,可以得到收敛结果。

3、橡胶材料疲劳参数的获得

橡胶裂纹扩展法,主要研究预先存在于结构中的初始微小裂纹在各种使用环境下,扩展到临界尺寸的循环次数。橡胶零件的寿命绝大多数取决于小裂纹的生长。通过一系列疲劳试验,可以获得橡胶裂纹扩展率与能量释放率之间的关系,组成裂纹扩展参数模型。采用Lake-Lindley 模型来进行疲劳寿命研究,并进行材料试验,获得该疲劳模型的必要参数,即裂纹扩展Lake-Lindley模型。

密炼机,开炼机,捏炼机,橡胶机械

4、基于FE-SAFE RUBBER的橡胶衬套疲劳计算

FE-SAFE RUBBER模块,是目前唯一商用化的橡胶疲劳分析软件。输入零件应力应变结果以及载荷历程后即可进行计算。支持多种应力应变计算软件接口,如NASTRAN、ABAQUS、DYNA等。自带多种常用橡胶的疲劳参数曲线,并且支持实际疲劳试验参数。

密炼机,开炼机,捏炼机,橡胶机械

5、橡胶衬套疲劳仿真典型案例


下图是某悬置衬套的疲劳仿真计算结果。可以看出损伤最大位置和应力应变的最大位置是不同的,所以有必要进行疲劳仿真分析。

密炼机,开炼机,捏炼机,橡胶机械

6、Endurica橡胶疲劳寿命仿真

 Endurica是一款专用与分析复杂加载历史条件下橡胶构件的疲劳裂纹软件。能够在较宽的范围内描述橡胶类材料复杂的疲劳力学行为,模拟处于复杂载荷作用下的橡胶材料内部的真实损伤过程。
      它利用数值方法对橡胶构件进行疲劳分析,预测出在达到给定失效裂纹大小时材料所经历的往复变形次数(疲劳寿命),同时还能给出材料疲劳失效的位置和裂纹形核方向以及该失效平面所经历的损伤历史。
      Endurica可以系统的掌握决定橡胶组件疲劳寿命的大部分重要因素。它能够定位到下述因素:有限应变、非线性应力-应变行为、Mullins效应、非线性疲劳裂纹扩展行为(即阈值、近端骨折效应)、按时间裂纹扩展(频率依赖、臭氧侵蚀)、温度对疲劳性能的影响、R比率效应(松弛与非松弛应变历史)、多轴载荷、可变幅值载荷、初始裂纹尺寸、裂纹形核处尺寸和裂纹压缩结束点。
      从2008年成立至今,Endurica为众多工业部门提供了服务,包括:国防、交通、重型设备和医疗器械等。

密炼机,开炼机,捏炼机,橡胶机械

Endurica软件特性
     Endurica 是一款用于分析实际工况及边界条件下橡胶件疲劳特性的软件。
     由于其大分子的结构特点,橡胶表现出非常独特的行为和特点,需要通过特殊的方法进行分析:
       有限应变                                                   非线性弹性                                
       应变结晶                                                   时间依赖性         
       温度依赖性                                               臭氧侵蚀   
       裂纹闭合                                                   超弹力、Mullins影响   
       疲劳阈值                                                   微观裂纹前体大小 
       多轴向载荷                                             临界平面搜索
      基于有限元分析计算出的机械工作周期,以及橡胶的材料特性,它计算出在组件的所有位置中,产生一个小的裂缝所需要的重复工作周期的次数。
      工作周期是由有限元分析模型中时域结果的应变张量中读取的(也可以通过实验测得),对每一个单元进行疲劳计算之后,可以通过云图等方式进行后处理分析,结果给出疲劳裂纹出现的关键位置和扩展方向。
      Endurica专门为有限应变开发出了关键平面法,该算法准确衡量了裂纹闭合及多轴加载的影响。
      Endurica带有雨流计数程序,用于识别和累计每个载荷周期的损伤。此外,还有一系列的非线性材料模型,以描述橡胶弹性体的行为,以及一个针对常用橡胶材料的材料特性数据库。
Endurica 优势
         Endurica是第一款模拟橡胶材料特性疲劳寿命的商用软件
         100% 专注于橡胶材料和耐久      
         领先的技术
         丰富经验
         灵活的适用范
         精确的材料模型
         丰富的材料数据库

Endurica技术一览
      Endurica可以帮助用户实现寿命预测的功能,可以作为强有力的模型验证工具,能够计算裂纹尺寸校准曲线、计算局部载荷、计算平面相关的寿命、辨识损伤行为(S-N, Haigh, Cadwelldiagrams),还可以对初始失效点、面和破坏进行识别。

密炼机,开炼机,捏炼机,橡胶机械

Endurica分析步骤
     一般地,Endurica疲劳分析包含以下步骤:
        确定材料的弹性和疲劳性能
        确定每一个潜在失效位置所有部件的变型历史,最典型的就是通过有限元分析来完成
        确定每一个潜在失效位置的环境条件,包括温度和臭氧浓度
        确定通过分析要得到的预期结果。ENDURICA不仅可以提供每一个潜在失效位置的疲劳寿命,还可以提供失效面和载荷信息。预期结果取决于分析的目标,可以包括:验证模型行为、预测某一部件的疲劳寿命、预测裂纹最先开始的部位、预测裂纹形核的平面、识别复杂时间历史中的临界破损
        创建.HFI文件。这是一个包含进行分析所需全部信息的ASCII文件。必须注意的是在分析过程中要保证单位的一致性
        运行ENDURICA。分析状态和进程被记录在.HFM文件中
        评论和解释分析结果。分析的结果汇报在.HFO文件中,可视化的分析结果可以通过商业软件(EXCEL, MATLAB, PATRAN, ABAQUS CAE)给出

Endurica 分析实例
        硅胶指关节假
      硅胶指关节假体要求能够工作超过1亿次弯曲循环,Endurica允许设计人员比较不同候选材料在实际载荷工况下的耐久性,从而选择最佳材料。
        美军M1艾布拉姆斯主战坦克履带橡胶垫
     每个新设计应用于军用车辆的橡胶履带系统都需要进行质量鉴定测试,一次测试需要花费至少200万美元
     Endurica使得工程师可以研究设计和不同使用条件对耐久性的影响,从而在质量鉴定测试之前获得成熟的设计方案。
        非松弛周期载荷作用下的天然橡
      在非周期载荷作用下,应变结晶可以延缓裂纹扩展,从而极大增强耐久性,见下图(左)Lindley基于天然橡胶实验结果。

Endurica提供了精确的橡胶模型用于分析应变结晶效应,如上图(右)计算的Haigh曲线(右),随着平均应变增加,寿命随之增加。
        多轴变幅度试
      Endurica可以兼顾每个潜在裂纹开裂平面的单独的加载经验,其具有专利算法,可以针对多种复合载荷工况(比例或者非比例)作用下大批量疲劳测试,准确的预测出寿命和失效平面方向,这些载荷工况可以包括拉伸、压缩和剪切,以及各种不同的幅度的载荷工况。


   橡胶疲劳仿真技术,目前还有很多难题需要攻关解决。橡胶的大应变计算还是不稳定:比如橡胶材料种类繁多,不同产家的橡胶配方也不一样,利来老牌w66只完成了几种橡胶的材料试验,也花费了大量的经费,每种橡胶都进行材料试验,肯定是不切实际的。比如,仿真结果与实际结果的差异,还需要进一步的对标。所以,橡胶疲劳仿真技术的发展,任重而道远!



【本站新闻中心内容来源于互联网或者为利来官网机械原创,如若侵犯贵网文章之所有权,请联系利来老牌w66!】