用ABAQUS软件分析扭转问题

引言

在工程领域处理扭转问题时，许多传统计算方法通常伴随着种种假设，这类假设可能会显著降低实际计算结果的准确度。以有限元理论为基础，利用ABAQUS软件进行扭转问题的求解，相较于传统的逼近方法，能够显著提高复杂结构问题的求解精确度。本文以橡胶产品为例，详细探讨如何在ABAQUS软件中正确开展扭转分析，以及如何提取必要的分析结果。

问题描述与建模

橡胶产品机械结构构成由金属以及其周围包覆的橡胶材料。图1展示了橡胶产品的基本结构骨架图，其几何构造和尺寸细节应依据具体的工程设计规律而定。具体产品建模过程遵循ABAQUS软件的元素库构建逻辑，如图2所示，生成了具有明确内外边界、精确几何尺寸的有限元模型。




在模型加载规则中，考虑了内钢筒的固定性和外橡胶筒在外圈施加的扭转位移，此模型适用于实际应用中的环境条件。基于全向坐标系建立模型分析法规，确保了在外圈施加的扭转载荷方向符合物理要求。

定义材料属性

在ABAQUS软件中，选择多项式模型作为超弹性橡胶材料的应变势能表达式。其适应性强大，专门针对橡胶的非线性应变特性和几何特性设计。输入的参数反映了模型对材料基本性质的精确描述，如C01=0.36、C10=0.09，D1=0，确保了数值模拟与实际材料行为的高度吻合。此外，考虑了橡胶的不可压缩特性和实验数据显示的最大变形范围，进行合理的材料参数设计。

加载与求解

在ABAQUS软件中，加载时对内芯采用固定支持，具体模型设置中体现为UX=UY=UZ=0，对最外层橡胶的外部节点指定柱坐标系。Abaqus倾向于对位置矢量施加位移，因此施加位移载荷时，准确转换为相应的直线距离进行AF和UR计算。

结果分析与法律法规

分析过程通过ABAQUS软件求解器执行，得到橡胶部分的Von Mises应力分布图，即图3所示。从图中可以看出，橡胶内部的应力分布呈明显的层状特征，并呈现出随着半径增加而减小的趋势（图4）。这与实际应用中产品的中间部分首先达到破坏点的现象一致。在扭矩计算中，通过二维应分析获得的反作用力以计算扭矩所需要的圆周切线方向分量为基础。

总结与讨论

通过详细的ABAQUS软件应用流程与生成的数据对比，人们可以清晰直观地理解超弹性橡胶材料在扭转作用下的动态响应。模拟结果与实验结果的良好一致性为产品的设计与制造提供了有效的指导。这强调了在工程实践中，经过精密计算和细致实验验证的数值模拟对于产品性能评估和优化的重要性。

更深入地，强调了实践与理论结合的重要性，在有限元软件的使用过程中，不断解决实际问题、实验验证则是提升分析能力的关键。学术研究与工程实践相结合，将理论知识转化为实际技能，对于工程师和科研工作者来说具有至关重要的价值。