基于SIMULIA的橡胶弹性元件分析秘籍（下）

上期介绍了如何通过Abaqus计算弹性元件动静刚度。案例说明了Abaqus强大的非线性结构仿真能力，完整和灵活的材料定义模型，尤其是在类似的高分子材料仿真中，Abaqus能快速准确地帮助用户得到结果。本期将对Abaqus和Fe-safe联合仿真预测橡胶弹性元件疲劳进行分析。

01前言

Fe-safe是世界上最先进的疲劳分析软件，采用世界上最先进的疲劳分析技术,是一款功能强大,全面,使用方便的耐久性疲劳分析软件。在软件开发过程中，每年投资数千万美元用于研发，并进行了大量的试验验证。客户的反馈表明,Fe-safe可给出准确的疲劳点和疲劳寿命预测。因此,Fe-safe是改变了设计工程师传统的疲劳分析方法的软件工具。

Fe-safe已经被广泛应用在众多领域内，包括从空间站、飞机发动机到汽车、火车；从空调、洗衣机等家电产品到电子通讯系统；从舰船到石化设备；从内燃机、核能、电站设备到通用机械等各个领域。目前世界上有超过1000家公司把Fe-safe作为标准的耐久性分析工具。

下文将利用Abaqus和Fe-safe联合仿真案例进行橡胶弹性元件疲劳预测分析。

02Abaqus和Fe-safe联合仿真预测橡胶弹性元件疲劳的案例

Fe-safe中的Rubber模块使用开裂能密度来预测橡胶结构件的多轴疲劳性能，能较好的预测结构。本案例简单介绍如何使用Abaqus和Fe-safe联合仿真对橡胶的疲劳性能进行与预测。

• 影响橡胶疲劳预测的因素

1. 材料配方
2. 温度和臭氧
3. 载荷类型（单轴，双轴等）
4. 加载的幅值和频率
5. 应力松弛和蠕变
6. 液体的影响

• Fe-safe/Rubber计算损伤的流程

1. 从FEA结果文件中读取nominal strain（NE）和 stress（S）的数据。
2. 加载历史根据应力和应变数据集的顺序以及加载设置中指定的长度（以秒为单位）进行配置。
3. nominal strain应变张量的6个分量由3个面内名义应变分量和平面应力条件计算得出（例如，面外应力正好为0）。
4. 基于损伤球体变量φ和θ的插件设置生成一系列材料平面。将在每个材料平面上重复后续计算，以确定临界平面。
5. 计算每个平面的局部荷载历史，给出作为时间函数的开裂能量密度。
6. 然后使用雨流量计数算法识别整个本地加载历史中包含的每个单独循环（例如峰值和谷值）。
7. 对裂纹扩展速率定律进行数值积分，以确定在初始缺陷扩展至其规定尺寸所需的重复次数（寿命）（见Fe-safe/RubberTM理论手册）。
8. 作为计算的一部分，将单个循环的裂纹扩展速率贡献相加，以获得整个加载历史每次重复的总裂纹扩展速率。作为材料定义的一部分，规定了初始和最终缺陷尺寸以及所有裂纹扩展特性。
9. 一旦计算了每个材料平面的寿命，则从结果中选择最小寿命，并报告为单独项的寿命。

• Fe-safe/Rubber设置流程

1. 选择橡胶材料的本构关系，与Abaqus中设置的保持一致。

1. 设置算法：导入Fe-safe/Rubber插件后在选择算法时会出现Enddurica : surfce算法，选择它。

1. 设置载荷Block形式：这里设置单独一次的应力和应变加载历史，并且循环1次。

1. 最后定义需要输出的结果并提交分析。

1. 后处理。

03小结

本案例简单介绍了如何使用Abaqus联合Fe-safe预测橡胶元件的疲劳性能。Fe-safe和Abaqus的联合仿真能准确预测橡胶元件发生疲劳破坏的区域，并且给出相对准确的疲劳寿命，为后期产品的改进和优化提供指导，帮助用户快速了解产品的疲劳属性，从而优化和迭代自身产品来达到客户满意。

通过两期的案例的介绍，展示了达索SIMULIA仿真平台中结构仿真软件Abaqus和疲劳分析软件Fe-safe在橡胶元件设计中的应用。凭借SIMULIA 提供的先进的模拟产品组合，用户可以快速准确地进行结构仿真，疲劳预测，结构优化和参数化零件设计，这些都将给用户带来巨大的成本节俭和效率提升，帮助用户在市场中取得优势。

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