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1、关于橡胶计算值与实验结果误差问题的探讨黄友剑、张亚新、郭红锋、刘建勋1.株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲，412007摘要：某型橡胶件的有限元静态刚度特性曲线与实验结果存在较大误差。本文从实验与分析相结合的角度剖析了橡胶件静态刚度与实验结果出现较大偏差的原因，提出了从实验方案、本构模型选择、接触定义三个方面来优化分析的思路。进一步的分析与实验结果表明：实验条件符合准静态的假定、本构模型包含高应力、体积压缩效应，接触定义符合橡胶真实接触状态，这些措施可使分析结果更加符合实际情况。而这也为准确分析类似橡胶件的静态刚度曲线提供
2、了一种的思路。关键词：刚度、偏差、本构模型DiscussiononStiffnessDeviationbetweenTestandFEAHuangyoujian1,ZhangYaxin1,Guohongfeng1,Liujianxun11,ZhuZhouTimenewmaterialtechnologyCo.,Ltd,ZhuZhou,412007Abstract:StiffnessDeviationbetweentestandFEAforcertaintypeofrubberspringhappen.Thispaperanaly
3、zesthecauseofdeviation;someeffectivemeasuresincludingtestcondition,stress-strainmodelandcontactdefinitionarecarriedout.Theanalysisandtestshowthattestconditionsatisfystaticrequest,FEAmodelcontainhighstrainandvolumecompressioneffect,andrealcontactdefinition,thusleading
4、theFEAresulttomeetpracticalsituationmore,therebyprovidinganovelideaforsimulatingstaticstiffnesscurving.Keywords：stiffness,deviation,constitutivemodel前言用于减振、降躁的橡胶制品，其主要的性能参数有两个（1）：1是刚度特征，2是疲劳寿命。对于产品的刚度性能，一般通过实验或计算的手段来得到产品的静态刚度曲线，然后再根据静态刚度结合材料的阻尼效应大致估算出结构的动态刚度；而对于疲劳寿命，
5、通常是根据实际使用情况设计出合适的实验条件，然后通过疲劳实验进行验证。在某型橡胶件的研制过程中，通过有限元分析得到的静态刚度曲线与通过实验测试得到的刚度曲线在刚度曲线的后半部分出现了较大程度偏差。为此，本文从橡胶件的刚度实验工况，材料本构模型选择情况，以及接触属性的定义类型这3个方面来探讨产生这种误差的原因，进而提出降低这一偏差的思路和措施。1、计算与实验结果的误差问题1.1橡胶件的结构特征本文所探讨的这款橡胶件为压缩型的橡胶与金属复合的产品（见图1），中间部分为橡胶材料组成，上下两端为铁件，该产品垂向方向承受压缩载荷，在承载过
6、程中橡胶会表现出一定程度的大变形，因而刚度特性也因此表现出一定程度的非线性特性（2）。图1橡胶件模型及加载特征另外，由于橡胶材料是非线性的超弹材料，产品在压缩过程中，橡胶表面与上下铁件会不断接触，从而使橡胶件的刚度特性曲线形成一定程度的非线性特性，而且随着接触的深入发展使得刚度的非线性特性更加显著，因此，设计出合乎技术指标的刚度曲线是产品设计是否成功的关键。1.1超弹模型下分析结果橡胶材料在拉伸、压缩或剪切载荷的作用下所形成的载荷位移曲线是其弹性、粘性、以及应变速率和Mullins效应共同作用的结果，在加载速率低于10mm/mi
7、n，重复测试多次后形成的载荷位移特性曲线可以视为完全弹性的刚度曲线（3），而由于这种弹性在橡胶直到被扯断前都一直保留这一特性，因此描述这一特性的本构模型称为超弹模型。表1所表征的超弹模型是只反应出材料的弹性效应。在计算橡胶件的静态刚度时，通常铁件部分选择线弹性模型，橡胶部分则选择超弹本构模型进行模拟，在本分析中，橡胶件的橡胶材料参数是使用一阶多项式进行拟合，其体积压缩特性则是根据经验大致定义。因此分析所使用的本构模型见下表1所示。表1计算用本构模型及参数材料参数超弹本构橡胶0.42,0.12,1.2e-3线性本构铁件E:2e5;
8、Nu:0.3由于结构及加载都具有轴对称性，因此，模拟橡胶件的刚度特征曲线可以使用轴对称模型进行，其有限元模型及加载工况见下图2所示。图2轴对称模型利用该分析模型顺利完成了橡胶件垂向压缩60mm的分析任务，根据图3的分析结果，整体上该产品的刚度曲线是高度非线性的，
