ANSYS与ABAQUS比较之实例7---橡胶垫圈的受压分析

超弹性材料受压分析：ABAQUS 实例研究


引言

本研究集中于利用ABAQUS 进行超弹性材料的受压仿真，具体案例以一种橡胶支座为例。橡胶支座应用于上钢板上表面，承受单位压力（0.5 MPa），下钢板底面则受垂直支撑。通过分析橡胶支座的变形，探索超弹性材料在复杂应力状态下的响应特性。此外，本实例将采用钢材与橡胶两种不同材料的属性与行为，对比线弹性材料（如钢材）和非线性材料（如橡胶）在这种类型分析中的应用。

材料属性定义

钢材：弹性模量为 206e3 MPa，泊松比为 0.3。此材料被视作典型的线性弹塑性材料。

橡胶：采用超弹性材料模型，其应变能形式基于试验数据拟合得到的多项式函数。依据不同的试验状态（单轴拉伸、双轴拉伸、平面剪切），输入特定的应力应变曲线数据，并通过插值方法确定多项式系数。

模型建模




几何构造：将橡胶支座视为轴对称问题，从一个半切面建模，以减少计算量。

网格划分：选择四边形杂交轴对称单元 (CAX4、CAX8H) 进行网格布置，注重在结构的边界区域增加网格密度，以更精细地捕获局部应力状态。

问题分析及求解策略


静力学分析：采用单个分析步进行模拟。


非线性考虑：由于预期的变形量较大，模型需要考虑到几何非线性。


负荷施加：上钢板顶面施加均布载荷，下钢板表面施加对称边界条件。


初始时间步长设定：为优化收敛性和计算效率，初始时间步长被设定为 0.01。


求解过程概览


1. 部件创建：基于给定尺寸创建轴对称柔性部件，通过几何分割减少模型的复杂性。


2. 材料属性定义：针对两种材料定义必要的物理属性，并构建超弹性材料模型。


3. 截面属性定义与分配：定义截面属性，并将材料模型应用于相应的几何面中。


4. 分析步设置：执行一个分析步，激活大变形功能，配置初始时间步长。

5. 边界设定与载荷施加：定义对称边界条件与特定加载，按照顺序操作以实现正确的应力分布模拟。

6. 网格划分与优化：根据特定网格参数对边线进行细分，采用适宜的单元类型以准确捕捉几何曲率及应力梯度。

7. 作业创建与提交：构建并执行仿真作业，利用ABAQUS 的强大功能进行计算。

8. 后处理：分析橡胶支座的最终变形状态与局部应力分布，评估橡胶材料在所产生的压力载荷下的行为特征。

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