[發明專利]基于二項Mooney-Rivlin模型橡膠襯套本構參數逆向標定方法

有效

• 申請號: 202110354150.2
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113239476B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 李繼川;韓超;武小一;孟夏蕾
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06T17/20;G06F111/04
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 郭佳寧

1.一種基于二項Mooney-Rivlin模型橡膠襯套本構參數逆向標定方法，其特征在于包括如下內容：

一、有限元仿真流程，步驟如下：

步驟一，有限元模型建立

1).網格畫分

將組成橡膠襯套的橡膠本體結構與內外套管的三維數模導入軟件中，在軟件中對導入的橡膠本體結構畫分四面體實體網格，使網格密度與橡膠本體結構的最小壁厚相同，內外套管的網格來自于橡膠本體結構的face面，同橡膠本體結構共節點；

2).建立材料屬性

根據橡膠本體結構的材料密度通過二項Mooney-Rivlin模型計算出橡膠本構參數C₁₀及C₀₁的值；然后在軟件中建立橡膠材料卡片，在橡膠材料卡片中賦予材料密度、C₁₀及C₀₁的值；

3).賦予單元屬性

橡膠本體結構采用實體單元，內外套管采用剛性體模擬，同時指定剛性面的關聯節點；

4).模型裝配

通過網格畫分操作，橡膠襯套本體結構同內外套管已經做成一體結構，裝配關系已經完成，建立通用的接觸設置；

5).建立約束及載荷工況

按照襯套剛度曲線臺架試驗標準，約束外套管剛性面關聯節點的六個方向自由度，在內套管剛性面關聯節點上加載載荷；

6).結果輸出

在軟件中輸出同一時刻約束點即外套管剛性面關聯節點的反力歷史數據，以及加載點即內套管剛性面關聯節點的位移歷史數據；有限元模型建立完成，輸出inp文件；

步驟二、有限元模型計算

采用軟件對步驟一有限元模型建立后輸出的inp文件進行計算獲取odb文件；

二、參數優化流程

以橡膠本構參數C₁₀及C₀₁為設計變量，仿真剛度曲線同試驗剛度曲線擬合度最大化為目標進行優化分析，采用參數優化軟件isight進行參數優化，分為以下四個步驟：

步驟一.試驗剛度曲線文件準備

在剛度測試儀器上測試真實橡膠襯套三個方向的剛度曲線，從獲得的試驗剛度曲線中截取三條作為目標曲線，此三條剛度曲線定義為曲線族A，包括曲線A₁、A₂、A₃；

步驟二.搭建參數優化模型

采用isight軟件搭建參數優化模型，其中使用該軟件中的一個Optimization程序模塊，三個ABAQUS模塊、三個data matching應用模塊和一個計算器Calculator應用模塊，其中

1個ABAQUS應用模塊對應1個data matching應用模塊，然后串聯，3個串聯好的數據再并聯，最后與1個計算器calculator模塊串聯，模型框架搭建完成后，對應用模塊及程序模塊進行文件輸入、參數化、數據傳遞設定、優化算法選擇及目標設定，每個模塊的具體設置如下：

1).ABAQUS模塊

ABAQUS模塊共有三項設置：輸入項、軟件調用執行項及輸出項，每一項的設置如下：

輸入項：導入步驟一有限元模型建立后輸出的inp文件，ABAQUS模塊提取inp文件中所有可參數化項供選擇，這里選擇橡膠本構參數C₁₀及C₀₁；

軟件調用執行項：此選項要找到調用ABAQUS求解軟件的批處理文件，調用ABAQUS執行計算命令；

輸出項：導入步驟二有限元模型計算獲得的odb文件，提取真實橡膠襯套三個平動方向的試驗剛度曲線，此三條剛度曲線定義為曲線族B，包括曲線B₁、B₂、B₃，傳遞到下Datamatching模塊進行剛度結果對比；

2).Data matching模塊

將傳遞過來的曲線族B同曲線族A進行對比，該模塊提供很多對比選項，選擇其中的曲線A₁及B₁所圍面積S₁,曲線A₂及B₂所圍面積S₂,曲線A₃及B₃所圍面積S₃作為目標參數；

3).Calculator計算器模塊

對Data matching模塊輸出的三個目標參數S₁、S₂及S₃進行加權處理，加權系數均為1，在本模塊中自定義參數S為S₁、S₂及S₃加權參數，S＝S₁+S₂+S₃；

4).Optimization模塊

Optimizatio模塊共有四項設置：通用設置、變量設置、約束設置及目標設置，每一項的設置如下：

a.通用設置

選擇梯度優化算法NLPQLP作為首選算法；

b.變量設置

選擇C₁₀及C₀₁作為優化變量，并設置變量初始值的-50％為下限值，+50％為上限值；

c.約束設置

沒有約束選項；

d.目標設置

S作為目標，設定目標S為最小化；

步驟三.執行優化迭代計算

在isight軟件中執行優化迭代計算，迭代過程會記錄到歷史數據中，迭代完成后該軟件則給出優化模型的最優解，此解即為想要標定的橡膠本構參數；

步驟四.剛度曲線對比

將有限元模型建立后輸出的inp文件中的橡膠本構參數C₁₀及C₀₁替換為步驟三中isight軟件輸出的橡膠本構參數最優解，再將替換后的數據輸入isight軟件中，并調用該軟件中的ABAQUS模塊執行計算，生成odb文件，提取odb文件中約束點反力及加載點位移的歷史數據，在EXCEL軟件里以位移為橫坐標，反力為縱坐標畫出橡膠襯套三方向的剛度曲線，與真實橡膠襯套剛度試驗測試中相應的3個方向曲線進行對比，形成三組對比曲線；在每組對比曲線的位移區間內插入九個點，將位移區間平均分成10份；

每組曲線都對插入的九個點求導數，若每組對比曲線在同一點的導數誤差均在10％以內，則認為誤差在工程可接受范圍內，橡膠本構參數的標定效果較好；若誤差較大，則需要重新對橡膠本構參數進行標定。