CN103853883A - 一种获得橡胶体积压缩性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种获得橡胶体积压缩性能的方法，该方法包括下述步骤：对待测橡胶衬套进行刚度台架试验获得该橡胶衬套刚度试验值；建立待测橡胶衬套的有限元模型，施加与该待测橡胶衬套刚度台架试验相同的边界条件，然后在0.4～0.5范围内任取一泊松比进行该橡胶衬套的刚度有限元分析；利用刚度有限元分析计算值与刚度台架试验值偏差程度较小时对应的橡胶衬套泊松比确定橡胶体积压缩性能。本发明操作简便，容易实现，能够快捷地获得合理的橡胶体积压缩性能。采用获得的橡胶体积压缩性能进行产品设计时，具有显著提高产品设计效率，减少产品试验频次，节约产品开发成本等优点。

Description

一种获得橡胶体积压缩性能的方法

技术领域

本发明涉及一种获得橡胶材料力学性能的方法，特别涉及一种获得橡胶体积压缩性能的方法。

背景技术

橡胶衬套广泛应用于汽车零部件之间的连接，起着减振、降噪的作用。作为橡胶衬套的重要设计参数，衬套刚度现已普遍采用有限元方法进行分析和辅助设计，在此过程中，橡胶材料力学性能参数之一，橡胶体积压缩性能对有限元分析精度有着重要影响。特别是当橡胶材料处于边界约束较强的情况下，不合理的橡胶体积压缩性能将导致衬套刚度有限元分析计算值与衬套刚度台架试验值发生严重偏差，造成计算失败。橡胶体积压缩性能可通过专门的橡胶材料力学性能试验得到，以获得静水压力/拉力与体积变化率的关系曲线，虽然此曲线能比较准确地描述橡胶体积压缩性能，但其试验过程比较复杂，且不容易实现。为此，工程技术人员广泛采用了直接给定橡胶泊松比的方法，如张劲等人在论文“常规螺杆泵钉子有限元求解策略”中直接将橡胶泊松比取为0.499，陈莲等人在论文“计算橡胶隔振器静态特性的数值分析方法”中直接将橡胶泊松比取为0.47，以达到间接表示橡胶体积压缩性能的目的，这种直接给定橡胶泊松比的方法虽然简单，但在泊松比取值方面还存在较大的任意性，而且没有提出给定泊松比的确切方法。

经初步查新，未见有采用橡胶衬套刚度有限元分析与橡胶刚度台架试验对比方式确定橡胶泊松比，从而获得橡胶体积压缩性能的方法提出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种操作简便、快捷、容易实现的获得橡胶体积压缩性能的方法。

为了解决上述技术问题，本发明的获得橡胶体积压缩性能的方法包括下述步骤：

一、对待测橡胶衬套进行刚度台架试验获得该橡胶衬套刚度试验值；

二、建立待测橡胶衬套的有限元模型，施加与该待测橡胶衬套刚度台架试验相同的边界条件，然后在0.4～0.5范围内任取一泊松比进行该橡胶衬套的刚度有限元分析，若分析计算值与刚度台架试验值偏差较大，则再取其它泊松比值重新进行分析，直至刚度有限元分析计算值与刚度台架试验值偏差程度较小时终止；

三、利用式（1）确定橡胶体积压缩性能K；

$K=\frac{2G(1+\mathrm{\μ})}{3(1-2\mathrm{\μ})}---\left(1\right)$

其中，G为橡胶的剪切模量，μ为刚度有限元分析计算值与刚度台架试验值偏差程度较小时对应的橡胶衬套泊松比。

其中，上述橡胶衬套刚度有限元分析为本领域公知的方法，橡胶衬套刚度台架试验比较为本领域常规的试验方法。

所述步骤二中的边界条件是指刚度有限元分析给定的载荷作用点、方向及大小与刚度台架实验的载荷作用点、方向及大小都相同。

本发明操作简便，容易实现，能够快捷地获得合理的橡胶体积压缩性能。采用获得的橡胶体积压缩性能进行产品设计时，具有显著提高产品设计效率，减少产品试验频次，节约产品开发成本等优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为圆柱型橡胶衬套有限元分析模型。

图2为橡胶衬套刚度台架试验装置示意图。

图3为橡胶衬套刚度有限元计算曲线与试验曲线对比图。

具体实施方式

本发明采用橡胶衬套刚度有限元分析与橡胶衬套刚度台架试验相结合的方法，根据橡胶衬套刚度有限元分析计算值与橡胶衬套刚度台架试验值的吻合程度确定橡胶的泊松比μ，此泊松比即能间接表示橡胶体积压缩性能K。K与μ之间的关系为：

$K=\frac{2G(1+\mathrm{\μ})}{3(1-2\mathrm{\μ})}---\left(1\right)$

其中，G：橡胶的剪切模量，为材料基本参数，已知量。

下面以图1中的圆柱型橡胶衬套为例，详细介绍获得橡胶体积压缩性能K的基本步骤。

①对待测橡胶衬套4进行刚度台架试验。如图2所示，试验装置包括：固定支架的方箱1，装配橡胶衬套的支架2，施加载荷的作动器3。操作作动器3缓慢加载，并记录下作动器的位移-载荷曲线，此曲线即为待测橡胶衬套径向刚度的试验曲线（见图3）。

②建立圆柱型橡胶衬套有限元模型（见图1），其位移约束施加在外套管13的外侧节点15上，径向载荷作用在以内套管12的内侧节点14为从点，橡胶衬套中心为主点的刚性单元11的主点上。

③对图1中的圆柱型橡胶衬套取泊松比值μ＝0.5进行衬套刚度的有限元计算，若其刚度曲线与试验刚度曲线偏差较大，则再取一较小的泊松比进行计算，直至刚度计算曲线与试验曲线偏差较小时终止。

通过分析图3认为，当泊松比μ＝0.42时，衬套的刚度计算曲线与试验曲线整体吻合程度较好。因此，泊松比μ＝0.42可间接表示橡胶体积压缩性能K。若G＝1MPa，则由公式（1）可知，K＝5.9MPa。

Claims (1)

1.一种获得橡胶体积压缩性能的方法，其特征在于包括下述步骤：

一、对待测橡胶衬套进行刚度台架试验获得该橡胶衬套刚度试验值；

二、建立待测橡胶衬套的有限元模型，施加与该待测橡胶衬套刚度台架试验相同的边界条件，然后在0.4～0.5范围内任取一泊松比进行该橡胶衬套的刚度有限元分析，若分析计算值与刚度台架试验值偏差较大，则再取其它泊松比值重新进行分析，直至刚度有限元分析计算值与刚度台架试验值偏差程度较小时终止；

三、利用式（1）确定橡胶体积压缩性能K；

$K=\frac{2G(1+\mathrm{\μ})}{3(1-2\mathrm{\μ})}---\left(1\right)$

其中，G为橡胶的剪切模量，μ为刚度有限元分析计算值与刚度台架试验值偏差程度较小时对应的橡胶衬套泊松比。

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