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行业动态

对环球电机减振器分析

有限元法在工程上得到了广泛应用。事实证明有限元分析在解决金属材料力学问题中已经相当成熟,在橡胶材料的力学分析中也能取得比较理想的效果。将利用有限元法分析扭转减振器的力学性能。

 

进行有限元分析要知道材料的属性,该扭转减振器中含金属材料和橡胶材料,金属为线性材料其力学性能参数比较容易确定,通常只需要知道密度、弹性模量和泊松比等。扭转减振器中的橡胶环为非线性材料,其力学性能参数的确定比较困难,在橡胶的有限元分析中用橡胶的本构模型表示其力学特性。365体育在线首先介绍橡胶材料的本构模型以及模型参数的确定方法,然后将相关参数带入有限元模型中,对扭转减振器进行静力学和动力学分析。

 

橡胶的力学性能随其成分、温度和加载频率的不同而存在差异,但其基本力学性能大体相同。与工程上密切相关的有超弹性、粘弹性和Mullins效应等。

 

(1)高弹性和大变形是橡胶材料的基本力学性能。在连续介质力学中弹性材料具有以下几方面特性:施加载荷,立即发生变形;去除载荷材料恢复到原状态;应力与应变存在对应关系;存在一个应变能函数,通过应变能函数能求出应力。满足最后一条特性的材料定义为超弹性材料,其中橡胶材料满足这一特性,东莞电机是一种主要的超弹性材料。在橡胶的本构理论中最主要的是确定应变能函数。

 

(2)粘弹性特征。橡胶材料在使用时存在时间、温度相关性和能量损耗等粘弹性性能,主要力学行为包括:蠕变、应力松弛、载荷速率效应、频率相关性、温度依赖性等。而且橡胶的粘弹性行为本质上是非线性的,橡胶的承载能力、强度和寿命等都与其非线性粘弹性有关。

 

(3)静力软化和动力软化特性。静态软化特性是指橡胶制品在加载-卸载-重加载循环时,卸载应力和重加载应力要远远低于加载时的应力。重加载时,随着应变增加,应力应变曲线首先沿着卸载路径重合,应变进一步增加,应力应变曲线与主曲线重合。东莞电机橡胶这种软化特性叫Mullins效应。动态软化特性是指储存模量随应变幅的增大而增大,达到一个最大值后减小,损耗模量随应变幅的增大而增大,达到最大值后减小,该特性也叫Payne效应。橡胶本构模型和应变能函数的建立都需要考虑这两个特性。

 

橡胶力学性能本构关系模型包括两类:一类是基于热力学统计本构模型;另一类是基于橡胶为连续介质的现象学本构模型。橡胶的本构模型多且复杂,常用的模型为多项式模型中的Mooney-Rivlin模型和非多项式模型中的Ogden模型。模型中各参数需要通过一系列的实验来确定。完全多项式模型和Ogden模型的确定需要详细测量橡胶的基础数据,在实际生产中一般只做橡胶的单轴拉伸、双轴拉伸等实验,所以在365体育在线进行橡胶有限元分析时多采用多项式模型中的Mooney-Rivlin模型,基本不采用Ogden模型和完全多项式模型。

 

ABAQUS是求解非线性问题的理想软件,常用于橡胶等非线性材料的有限元分析。其非线性分析不仅涵盖材料非线性而且包括几何非线性和状态非线性等。在ABAQUS中同时具备隐式和显式两种求解器,即ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。这两种求解器都能用于求解非线性问题,在模拟橡胶静态性能时一般采用隐式求解器,在模拟橡胶动力学性能时,则采用显式求解器。

 

已经建立好的扭转减振器三维模型装配体模型导入ABAQUS有限元分析软件中。东莞电机利用ABAQUS/Standard对扭转减振器进行静力学分析,该求解器的应用Newton-Raphson算法经过若干次迭代后能确定一个可接受的稳态解,所以适用于扭转减振器的静力学分析。

 

为了减少计算量,节省时间和成本,在有限元前处理之前对扭转减振器结构进行简化。把与分析结果影响不大的结构加以简化,例如:去除螺栓连接,将连接端盖和连接套筒看作一个整体;忽略花键的影响,将花键轴套改为圆形通孔;忽略倒圆和倒角对整体结构的影响,去除零件中的倒角、倒圆。

 

有限元分析一般包括前处理、模拟计算和后处理等三部分。前处理包括定义材料属性、设置分析类型、定义边界条件、施加载荷、单元类型的选择和划分网格等。前处理的环球电机设置是否合理将直接决定分析结构的正确性,所以前处理是有限元的关键技术。