用于橡胶轴承蠕变分析的非线性有限元建模方法技术

本发明专利技术公开用于橡胶轴承蠕变分析的非线性有限元建模方法，包括：建立橡胶轴承非线性有限元模型，进行刚度与阻尼仿真计算；进行橡胶轴承刚度与阻尼试验，根据试验结果对橡胶轴承非线性有限元模型进行静态校准分析；在静态校准分析满足第一预设要求时，基于达到预设要求的橡胶轴承非线性有限元模型，建立橡胶轴承热固耦合非线性模型，并进行稳态与瞬态热力学仿真分析；进行橡胶轴承应力与温度试验，根据试验结果对橡胶轴承非线性有限元模型进行动态校准分析；在动态校准分析满足第二预设要求时，进行边界条件与载荷工况设置，并进行橡胶轴承蠕变仿真计算。本发明专利技术提高了橡胶轴承蠕变仿真精度，及用于橡胶轴承蠕变计算有限元仿真的实用性与可操作性。的实用性与可操作性。的实用性与可操作性。

【技术实现步骤摘要】
用于橡胶轴承蠕变分析的非线性有限元建模方法


[0001]本专利技术涉及有限元仿真
，尤其涉及橡胶轴承的有限元仿真，具体为一种用于橡胶轴承蠕变分析的非线性有限元建模方法。

技术介绍

[0002]车用传动轴中间支撑属于一种橡胶轴承，主要承受传动轴离心力载荷，并起到衰减传动轴弯曲振动与扭转振动的作用，是提升车辆舒适性能的关键系统。但是橡胶是一种粘弹性材料，具有高度非线性力学特性，橡胶轴承长期工作在交变载荷环境中，往往会发生蠕变现象。一旦车用传动轴橡胶轴承发生蠕变，不仅会影响橡胶轴承减振降噪效果，同时也会放大传动轴的振动，使车辆舒适性能变差。因此，橡胶轴承蠕变分析与控制是降低传动轴振动和提升车辆舒适性的基础。
[0003]目前对橡胶轴承蠕变分析主要采用有限元仿真方法，即利用ABAQUS软件建立橡胶轴承非线性有限元模型，并设置蠕变载荷进行蠕变量仿真计算。该方法的缺点包括：(1)缺少对橡胶本构模型参数修正与静态校准方法；(2)缺少对橡胶轴承动态校准方法(3)没有考虑振动与温度对蠕变的影响。上述因素导致现有的仿真方法误差大，仿真结果无法真实反映橡胶轴承蠕变特点。
[0004]如公开号CN112507595A的中国专利于2021年3月16日公开的一种橡胶隔振器蠕变特性性能的预测方法，包括：建立橡胶隔振器的几何模型；对橡胶隔振器的橡胶部分进行网格划分；采用超弹
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非线性粘弹性叠加本构模型，采用本构模型参数识别方法完成材料属性设置；对橡胶隔振器金属外管的所有结点的六个自由度进行约束；将橡胶隔振器金属内管的所有结点关联至橡胶隔振器的中心结点，对该中心结点施加沿着大小恒定的力，完成边界条件设置；结果后处理：记录橡胶隔振器中心结点位移随着时间的变化情况，得到中心结点的蠕变量曲线，根据橡胶隔振器中心结点的蠕变量曲线来评估橡胶隔振器的蠕变特性性能。该专利申请通过有限元的手段预测不同结构的橡胶隔振器在不同载荷条件的蠕变特性，但其实用性与可操作性较低。
[0005]为了解决现有有限元仿真方法的缺点，提高橡胶轴承蠕变仿真精度，以及用于橡胶轴承蠕变计算有限元仿真方法的实用性与可操作性，本专利技术提出一种用于橡胶轴承蠕变分析的非线性有限元建模方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用于橡胶轴承蠕变分析的非线性有限元建模方法，以提高橡胶轴承蠕变仿真精度，以及用于橡胶轴承蠕变计算有限元仿真方法的实用性与可操作性。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0008]用于橡胶轴承蠕变分析的非线性有限元建模方法，包括：
[0009]建立橡胶轴承非线性有限元模型，并进行刚度与阻尼仿真计算；
[0010]进行橡胶轴承刚度与阻尼试验，根据试验结果对橡胶轴承非线性有限元模型进行静态校准分析；
[0011]在静态校准分析满足第一预设要求时，基于达到预设要求的橡胶轴承非线性有限元模型，建立橡胶轴承热固耦合非线性模型，并进行稳态与瞬态热力学仿真分析；
[0012]进行橡胶轴承应力与温度试验，根据试验结果对橡胶轴承非线性有限元模型进行动态校准分析；
[0013]在动态校准分析满足第二预设要求时，进行边界条件与载荷工况设置，并进行橡胶轴承蠕变仿真计算。
[0014]上述技术方案先对建立的橡胶轴承非线性有限元模型进行刚度与阻尼仿真计算，然后进行橡胶轴承刚度与阻尼试验，并根据试验结果对建立的橡胶轴承非线性有限元模型进行标定，以使标定后的模型仿真结果与试验结果的吻合度达到预设要求；接着基于标定后的橡胶轴承非线性有限元模型，建立橡胶轴承热固耦合非线性模型，并进行稳态与瞬态热力学仿真分析及橡胶轴承应力与温度试验，同样根据试验结果对建立的橡胶轴承热固耦合非线性模型进行标定，以使标定后的模型仿真结果与试验结果的吻合度达到预设要求；当橡胶轴承非线性有限元模型及基于该模型的橡胶轴承热固耦合非线性模型均达到预设要求时，在通过边界条件及载荷工况设置，进行橡胶轴承蠕变仿真计算。
[0015]上述技术方案综合了橡胶轴承静态校准、动态校准以及振动与温度对蠕变的影响，提高了提高橡胶轴承蠕变仿真精度，具有实用性与可操作性。
[0016]作为进一步的技术方案，建立橡胶轴承非线性有限元模型，并进行刚度与阻尼仿真计算，进一步包括：
[0017]建立轴承有限元网格模型，橡胶件有限元网格模型及支架有限元网格模型；
[0018]建立轴承滚子与轴承内圈和外圈接触关系，并设置摩擦系数；
[0019]建立轴承外圈与橡胶件间的固定约束；
[0020]建立支架与橡胶件间的接触关系，并设置摩擦系数；
[0021]设置橡胶件Mooney
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Rivlin本构模型参数；
[0022]在轴承中心点建立一个node，并采用刚性连接单元rb2将轴承中心点node与轴承内圈内表面上节点相连，并在支架上两个螺栓位置建立固定约束；
[0023]在轴承中心点node上添加强制位移载荷，进行橡胶轴承Z向刚度与Y向刚度仿真计算；
[0024]在轴承中心点node上添加脉冲位移载荷，进行橡胶轴承Z向阻尼与Y向阻尼仿真计算。
[0025]作为进一步的技术方案，进行橡胶轴承刚度与阻尼试验，根据试验结果对橡胶轴承非线性有限元模型进行静态校准分析，进一步包括：
[0026]测试橡胶轴承Y向与Z向刚度，Y向与Z向阻尼；
[0027]建立Mooney
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Rivlin本构模型的参数化模型，并将橡胶材料性能参数c10、c01与c11设置为设计变量；
[0028]将橡胶轴承Y向与Z向刚度试验数据，Y向与Z向阻尼试验数据设置为目标函数；
[0029]通过优化仿真计算确定c10、c01与c11的值；
[0030]根据c10、c01与c11优化结果修改橡胶件Mooney
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Rivlin本构模型；
[0031]对静态校准后的橡胶轴承非线性有限元模型进行静力学仿真计算，验证模型准确性。
[0032]作为进一步的技术方案，建立橡胶轴承热固耦合非线性模型，并进行稳态与瞬态热力学仿真分析，进一步包括：
[0033]将橡胶轴承非线性有限元模型的单元类型设置为solid70；
[0034]在轴承滚子与轴承内圈和外圈接触面上设置生热率与热传导系数，在轴承外圈与橡胶件的连接面上设置热传导系数，在支架与橡胶件接触面上设置热传导系数；
[0035]在轴承中心点node位置施加随时间变化的力Fy与Fz，Fy与Fz分别表示y向和z向的力；
[0036]进行摩擦生热、热传递仿真计算。
[0037]作为进一步的技术方案，进行橡胶轴承应力与温度试验，根据试验结果对橡胶轴承非线性有限元模型进行动态校准分析，进一步包括：
[0038]在橡胶件上安装应变片，测量橡胶件的应力试验数据；
[0039]在橡胶件上布置温度传感器，测量橡胶件温度试验数据；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于橡胶轴承蠕变分析的非线性有限元建模方法，其特征在于，包括：建立橡胶轴承非线性有限元模型，并进行刚度与阻尼仿真计算；进行橡胶轴承刚度与阻尼试验，根据试验结果对橡胶轴承非线性有限元模型进行静态校准分析；在静态校准分析满足第一预设要求时，基于达到预设要求的橡胶轴承非线性有限元模型，建立橡胶轴承热固耦合非线性模型，并进行稳态与瞬态热力学仿真分析；进行橡胶轴承应力与温度试验，根据试验结果对橡胶轴承非线性有限元模型进行动态校准分析；在动态校准分析满足第二预设要求时，进行边界条件与载荷工况设置，并进行橡胶轴承蠕变仿真计算。2.根据权利要求1所述用于橡胶轴承蠕变分析的非线性有限元建模方法，其特征在于，建立橡胶轴承非线性有限元模型，并进行刚度与阻尼仿真计算，进一步包括：建立轴承有限元网格模型，橡胶件有限元网格模型及支架有限元网格模型；建立轴承滚子与轴承内圈和外圈接触关系，并设置摩擦系数；建立轴承外圈与橡胶件间的固定约束；建立支架与橡胶件间的接触关系，并设置摩擦系数；设置橡胶件Mooney
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Rivlin本构模型参数；在轴承中心点建立一个node，并采用rb2将轴承中心点node与轴承内圈内表面上节点相连，并在支架上两个螺栓位置建立固定约束；在轴承中心点node上添加强制位移载荷，进行橡胶轴承Z向刚度与Y向刚度仿真计算；在轴承中心点node上添加脉冲位移载荷，进行橡胶轴承Z向阻尼与Y向阻尼仿真计算。3.根据权利要求2所述用于橡胶轴承蠕变分析的非线性有限元建模方法，其特征在于，进行橡胶轴承刚度与阻尼试验，根据试验结果对橡胶轴承非线性有限元模型进行静态校准分析，进一步包括：测试橡胶轴承Y向与Z向刚度，Y向与Z向阻尼；建立Mooney
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Rivlin本构模型的参数化模型，并将c10、c01与c11设置为设计变量；将橡胶轴承Y向与Z向刚度试验数据，Y向与Z向阻尼试验数据设置为目标函数；通过优化仿真计算确定c10、c01与c11的值；根据c10、c01与c11优化结果修改橡胶件Mooney
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Rivlin本构模型；对静态校准后的橡胶轴承非线性有限元模型进行静力学仿真计算，验证模型准确性。4.根据权利要求3所述用于橡胶轴承蠕变分析的非线性有限元建模方法，其特征在于，建立橡胶轴承热固耦合非线性模型，并进行稳态与瞬态热...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智，张宝，吴华伟，聂金泉，陈阵，张健，
申请(专利权)人：湖北文理学院，
类型：发明
国别省市：