论文--Abaqus在密封胶条非线性分析中的应用

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1、Abaqus在密封胶条非线性分析中的应用AbaqusApplicationtoNonlinearFiniteElementAnalysisForsealing摘要：在汽车产品中，存在大量的橡胶密封件，用于脏东西及灰尘的有效密封性，能够有效地隔断车外的噪音，密封件设计不合理，会影响密封性能及关闭性能。本文基于Abaqus/Standard模块对某汽车橡胶密封件性能进行分析，比较2D与3D模型的结果差异，并与试验曲线对标，计算结果与试验数据相吻合。关键词：橡胶,abaqus，2D与3DAbstract:Intheautomotiveproducts,therearea

2、lotofrubbersealswhichusetopreventthedirtanddust,andcaneffectivelycutoffthenoisefromoutside,ifsealdesignisunreasonable,itwillaffectthesealingperformanceandclosingperformance.ThispaperanalyzesanautomobilerubbersealingperformancebasedonABAQUS/standardmodule,andcomparetheresultbetween2Dan

3、d3Dmodelthenmakecorrelationwithtestresultcurve,theresultmatchwell.Keyword:rubber，abaqus，2Dand3D1.概述密封件是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏以及防止外界杂质如灰尘与水分等侵入汽车内部。密封条作用过程中涉及到接触、材料、几何非线性问题，几何非线性是指大位移(或大应变)问题，当物体变形过大时，变形量对平衡方程的影响不可忽略，由此导致了平衡方程的非线性。而接触问题是边界待定的几何非线性问题，它的非线性是由边界条件引起的。基于橡胶材料的非线性、大变形和边界不确定性，市场上

4、一些通用的非线性分析软件可对其进行分析计算。本文采用abaqus软件的非线性分析程序，对汽车中广泛应用的密封胶条的的变形响应进行研究。2.密封条的有限元分析密封胶条的可以用2D及3D进行建模模拟，在ABAQUS中，二维单元和三维单元都是实体单元。三维单元由六面体，楔形和四面体组成；二维单元则由四边形和三角形组成，因此同样的旋转实体，相同密度的网格划分条件下，二维单元的数量将远远小于三维实体的数量。密封胶条的建模涉及材料的定义，接触对及自接触的定义，边界的定义。2.1橡胶材料模型的建立橡胶材料性能接近于超弹性材料，对于橡胶超弹性材料，Abaqus使用应变能而不是应力

5、应变关系来描述不可压缩的橡胶材料特性，其中所包含的常数须由试验确定。本文采用Mooney-Rivilin模型来描述橡胶材料的特性，如公式（1），式中C10、C01是材料常数，通过单项拉伸试验获得。该模型不仅适用于经典的小变形线性弹性范围，而且适用于更大范围的形变：（1）式中：U——材料的应变能函数；C10、C01——材料弹性常数；I1、I2——材料变形大小参数。2.2有限元模型的建立将胶条的的CAD模型导入到HyperMesh中,进行网格划分。由于橡胶件的变形较大，接触比较复杂，计算的时间较长，为了缩短计算时间，本文比较2D及3D两种不同的建模形式，比较最后3的结

6、果。对于2D模型，将直接选取某一截面，采用二维实体模型（图1），并在ABAQUS/Standard2D模块下建模，单元类型为CPE3H和CPE4H，为两节点的线性平面应变单元。单元大小为0.5mm，单元数为733个。对于3D模型，截取长度为20mm的胶条模型，并在ABAQUS/Standard3D模块下建模，单元类型为C3D6RH和C3D8RH（图1），单元大小为0.5mm，单元数为60400个，缩减积分有沙漏，需要进行沙漏控制。汽车中与密封条接触的钣金件刚度与橡胶比刚度无限大，故可视为刚性体，该刚性体沿着胶条的垂向进行压缩，建立局部坐标系，Z向为刚性体的法向，验

7、证局部坐标系的Z向施加20N的力，刚性压头与胶条间建立接触，胶条间建立自接触，摩擦系数为0.15，接触是一种典型的边界非线性问题。在有限元结构分析中，接触问题可以看成不连续的边界条件，只有当两个接触面相互接触时，才有约束存在。对胶条底部进行约束。最后有限元模型如下图1所示。图1胶条有限元模型2.3计算结果分析密封条的压缩结果包含密封条变形后的形状和密封条对钣金件的反作用力即压缩负荷。在刚性压头中心处沿着局部坐标系方向施加集中力载荷，得到该区域的变形云图、力和位移的曲线，如下图2。可以看出，2D与3D的变形应力云图一致，位移结果差异非常小，2d结构的胶条比3d结构的

8、胶条略大，