[發明專利]一種金屬橡膠構件的設計方法

有效

• 申請號: 202011492912.7
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112765839B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 張殿濤;張猛;李珍;李莉;佟運祥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 武漢仁合利泰專利代理事務所(特殊普通合伙) 42275
• 代理人: 林楓

一種金屬橡膠構件的設計方法，涉及一種設計方法。本發明解決了對金屬橡膠進行有限元模擬計算時，存在材料參數的輸入困難和無法獲得金屬橡膠構件性能參數的影響規律的問題。本發明的步驟一：采用不同的數值仿真模型來準確描述金屬橡膠的不同壓縮變形階段；步驟二：利用獲得的金屬橡膠本構關系通過有限元仿真軟件建立金屬橡膠構件模型；步驟三：研究構件的結構尺寸對金屬橡膠的影響規律。以實心金屬橡膠試樣的力學性能為基礎，分別采用ANASYS軟件數據庫中的正交各向異性阻尼材料模型和多重線性隨動強化模型來描述金屬橡膠的變形過程，根據所獲得的本構關系再進行金屬橡膠的結構設計，分析了結構尺寸對構件力學性能的影響。本發明用于金屬橡膠構件設計。

技術領域

本發明涉及一種設計方法，具體涉及一種金屬橡膠構件的設計方法，尤其涉及一種基于ANASYS有限元軟件分析的結構設計方法。

背景技術

橡膠材料在室溫下具有良好的彈性阻尼性能、抗腐蝕老化性能和較長的使用壽命，一直以來作為減振、降噪和密封材料在工程機械領域被廣泛使用。但是在低溫條件下，橡膠材料表現出很多缺點，如溫度降低時硬度及模量變高、惡劣海洋環境使用易發生老化、高低溫交替使用壽命變短等。而金屬橡膠正是針對這些不足之處而發展起來的一種功能結構型材料。

金屬橡膠是一種由以金屬絲為原材料，經過繞制纏結成一定直徑和螺距的彈簧螺旋卷，鋪制成三維毛坯，最終冷壓成型得到的勻質多孔材料。與傳統橡膠相比，金屬橡膠在受載過程中剛度變化較為劇烈，并且遠遠高于傳統橡膠，通過結構設計獲得能夠在低溫下代替傳統橡膠使用的金屬橡膠。

在如今，有限元仿真計算已經在工程實踐上得到大規模的應用，而金屬橡膠作為一種新型材料，目前還沒有完全適合其力學性能變化的材料模型，當前金屬橡膠模型主要是懸臂梁等效模型和線彈性材料模型，但懸臂梁模型建模困難，不適用于結構復雜的金屬橡膠構件；線彈性模型將金屬橡膠等效為彈性材料，不能描述其非線性變形過程。因此，如何將金屬橡膠的力學性能變化規律準確輸入到計算機中是十分重要的。

發明內容

本發明為了解決現有的金屬橡膠進行有限元模擬計算時，由于沒有一種可以完全適合其力學性能變化的材料模型，不能將金屬橡膠的力學性能變化規律準確輸入到計算機中，無法得到典型結構尺寸對金屬橡膠構件性能參數的影響規律。進而提供了一種金屬橡膠構件的設計方法。

本發明的技術方案是一種金屬橡膠構件的設計方法，它包括以下步驟：

步驟一：采用不同的數值仿真模型來準確描述金屬橡膠的不同壓縮變形階段：對金屬橡膠壓縮應力-應變曲線線性階段采用ANASYS有限元軟件數據庫中的正交各向異性阻尼材料模型描述；對金屬橡膠壓縮應力-應變曲線非線性階段采用ANASYS有限元軟件數據庫中的多重線性隨動強化模型來描述。

步驟二：基于能量守恒定律和隨動強化理論結合步驟一中ANASYS軟件數據庫中的正交各向異性阻尼材料模型和多重線性隨動強化模型對不同的壓縮變形階段提出了新的金屬橡膠本構關系，通過有限元仿真軟件建立金屬橡膠構件模型。

步驟三：研究構件的結構尺寸對金屬橡膠構件剛度影響：利用有限元仿真軟件建立金屬橡膠構件模型，對其進行有限元模擬計算，主要分析金屬橡膠的外徑尺寸，內外徑比值和相對密度對力學性能的影響規律。

本發明與現有技術相比具有以下改進效果：

1、本發明的有益效果是將有限元仿真軟件與金屬橡膠構件的設計結合在一起，采用不同的仿真模型描述不同階段的金屬橡膠壓縮變形過程，大大提高仿真數據的準確度。再根據所獲得的本構關系利用有限元仿真軟件設計金屬橡膠構件的結構尺寸，研究金屬橡膠構件結構尺寸對力學性能的影響。

2、本發明基于ANASYS仿真模擬軟件的金屬橡膠構件結構的設計方法，采用ANASYS軟件數據庫中的正交各向異性阻尼材料模型和多重線性隨動強化模型來準確描述金屬橡膠的變形過程，解決了金屬橡膠進行有限元模擬計算時材料參數的輸入困難問題，得到了典型結構尺寸對金屬橡膠構件性能參數的影響規律。