Category: CAE Engineering

橡胶有限元分析

Elastomers are materials such as natural and synthetic rubbers that can undergo large elastic deformations of 100-700%, typically have highly nonlinear stress-strain behavior, and are nearly incompressible.  All of these features can cause headaches with your finite element analysis convergence, but[……]

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坐标系之间的旋转平移变换与对应变换矩阵的关系

1)当绕某根轴旋转时,其他两轴建立的2D坐标系应该保证旋转轴的正方向垂直纸面向外(与旋转角正方向定义相关);2)空间坐标系的旋转关系与各坐标轴的旋转顺序相关;假设两个空间坐标系O-XYZ与O’-X’Y’Z’之间只存在一个坐标轴的旋转,若坐标系O-XYZ绕自身的X轴逆时针转theta之后与坐标系O’-X’Y’Z’重合,空间中某点M在坐标系O-XYZ和O’-X’Y’Z’中的坐标描述存在以下关系:

 

 

 

 

 

 

 

同理,若坐标系O-XYZ绕自身的Y轴或Z轴逆时针转theta之[……]

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金属疲劳—高周疲劳

SN曲线获取

已知材料参数:Ultimate Strength (Su) ,经验数据获得SN曲线:一般取1000次循环应力为0.9*Su,100万次应力0.5*Su

可以拟合出公式:

Sa=1.62*Su* (Nf)^-0.085

Sa为对称循环应力幅值 , Nf为对应的循环数

附:

Goodman 公式:

σ-1=σa/(1-σm/σb)

将mean为σm,幅值为σa的应力转换为应力比为-1(对称循环)应力

基于应变评估橡胶疲劳

橡胶的疲劳评估有很多方法,主要有应力法,应变法,Ashear DYN方法,各种方法都有其局限性,本文主要介绍基于应变方法:
方法:基于哑铃型橡胶疲劳试验数据,汇总后,总结经验公式:
条件如下:
1 4种橡胶硬度
2 5种预载
3 4种位移幅值
4 Load下降20%视为达到疲劳极限
6 FEA 计算真实应变

下图:不同硬度橡胶试验件,在不同预载,不同载荷下循环数:

[……]

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炭黑的分类

炭黑按制造方法分类

接触法炭黑、炉法炭黑、新工艺炭黑、热裂法炭黑、喷雾法炭黑、槽法炭黑等方法

 

A 炉法炭黑的特点

炉法炭黑具有胶料高伸长率、低生热、高弹性和良好的耐老化性能等,多用于胎体缓冲胶,帘布胶用各种橡胶制品。主要用于轮胎布布层、胎面下层、胎侧及内胎等胶料中。

油炉法炭黑能生产出各种性能的炭黑,油炉法炭黑的产量已占炭黑总产量的95%以上。

B 槽法炭黑主要用途

槽法炭黑主要用于和食品接触的炭黑品种,也用于以天然橡胶或异戊橡胶为主的大型轮胎和越野胎胎面胶料,以及其他需要较高伸性能的橡胶制品中,亦可作为着色利用油墨、涂料、塑料中。槽法炭黑在胶料中吸附促[……]

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橡胶的老化及防老剂

与许多其它有机材料一样,橡胶的强度、延伸性能和其它有用的机械性能会随时间的延续而逐渐劣化,称之为橡胶的老化。其主要原因是热氧老化和臭氧老化所致,它会因光或高温亦或某些微量元素(如铜或锰)而更加恶化。
热氧老化是一个复杂的过程,包括许多反应。影响反应的条件有:工艺条件,金属催化剂,温度及配合剂配方等。热氧老化的结果有两种:
因断链导致橡胶软化发粘天然橡胶和丁基胶发生的氧化主要是这种反应机制。
②因分子交联导致橡胶硬化发脆。丁苯胶、氯丁胶、丁腈胶及三元乙丙胶发生的氧化主要是这种反应机制。
大多数情况下,这两种损害机制都会发生,哪种机制占优势,哪种机制就决定制品的变化趋势。而且不管发生哪[……]

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橡胶的补强及补强填充体系

橡胶的补强是指能使橡胶的拉伸强度、撕裂强度及耐磨耗性等获得明显提高的作用。对于非自补强的合成橡胶,如果没有加入补强剂,便没有使用价值。加入炭黑等补强剂,可以使这些橡胶的强度提高数倍至十倍。
补强剂也使橡胶其它的性能发生变化,如硬度增大、定伸应力提高、应力松驰性能变差、弹性下降、滞后损失变大、压缩永久变形增大等。
①补强剂 橡胶的补强填充剂是按粒径来分类的,粒子的大小是填料对物性影响的主要依据。补强性填料的粒子极小,能赋予非结晶橡胶以有用的强度性能,并对结晶橡胶的强度也有一些改进。填料质量和粒子大小可用来控制这两类橡胶胶料的伸长性能。
炭黑是较优良的橡胶补强剂,多用于需要补强的场合。白色或[……]

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橡胶的硫化体系

橡胶的硫化就是通过橡胶分子间的化学交联作用将基本上呈塑性的生胶转化成弹性的和尺寸稳定的产品,硫化后的橡胶的物性稳定,使用温度范围扩大。天然橡胶是用量最大的通用橡胶,经硫磺硫化后,其生胶原有的线型大分子转变为具备化学交联的三维网络结构。

“硫化过程(Curing)”一词在整个橡胶工业中普遍使用,在橡胶化学中占有重要地位。橡胶分子链间的硫化(交联)反应能力取决于其结构。不饱和的二烯类橡胶(如天然橡胶、丁苯橡胶和丁腈橡胶等)分子链中含有不饱和双键,可与硫黄、酚醛树脂、有机过氧化物等通过取代或加成反应形成分子间的交联。饱和橡胶一般用具有一定能量的自由基(如有机过氧化物)和高能辐射等进行交[……]

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欧拉角与方向余旋矩阵

欧拉角有12种旋转顺序分别为
– 1 X-Z-Y
– 2 Y-X-Z
– 3 Y-Z-X
– 4 Z-X-Y
– 5 Z-Y-X
– 6 X-Y-X
– 7 X-Z-X
….
每种旋转顺序可以分解为3次旋转,每次旋转或者为绕X轴,或者绕Y轴,或者绕Z轴(每次旋转都是绕着空间固定不变的坐标系的轴旋转,称为静态旋转)

每次旋转都可以认为坐标乘以了一个矩阵(实际这个矩阵也是方向余弦矩阵)
绕X轴旋转α的矩阵为:

Ax=
1         0           0
0    cos(α)     sin(α)
0    -sin(α)      cos(α)[……]

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Ashear 计算 For Rubber Fatigue

Abaqus Ashear dyn 计算

Ashear is the difference between principal deformation max and principal deformation min We use in ABAQUS the output ‘NE’ in the rubber part

So Ahear is equal to:  Ashear = NE.max – NE.min   for one step of calculation

For dynamic Ashear (AshearDyn), we need to create a new t[……]

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