曹中源 王鵬 李屹峰

摘 要：在有限元仿真中，泡棉橡膠的超彈性特征有多種本構(gòu)模型可供選取，不同的模型適用于不同的變形條件，選取合適的超彈性本構(gòu)模型有利于提高仿真精度。根據(jù)泡棉壓縮力引起的實際變形案例，探究了Marlow模型、Odgen模型的仿真精度表現(xiàn)。在僅有泡棉橡膠壓縮性能數(shù)據(jù)的條件下，選用Marlow模型同時設(shè)置泊松比為0，可準確仿真出泡棉橡膠的變形形態(tài)及壓縮力引起的變形。

關(guān)鍵詞：泡棉橡膠;超彈性本構(gòu)模型;有限元分析;變形

0 引言

在整車尺寸匹配中，由各類泡棉橡膠的壓縮力引起的變形問題已成為控制整車制造質(zhì)量的難點。在整車設(shè)計開發(fā)的前期，利用有限元仿真識別泡棉橡膠的壓縮力帶來的影響，可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題，減少后期設(shè)計更改的投入。泡棉橡膠是一種非線性材料，在有限元軟件Abaqus中選擇合適的超彈性模型表征其特性，可以有效提高仿真精度。

1 超彈性本構(gòu)模型

對于橡膠材料，在大變形的情況下，其變形過程仍然是可逆的，可將橡膠材料當作超彈性材料。泡棉橡膠區(qū)別于普通硬質(zhì)橡膠，其通過發(fā)泡工藝制備，材料本身具有很多空隙，表現(xiàn)為壓縮過程中體積可以變小，釋放壓力后，其形態(tài)又可恢復，所以在Abaqus軟件中需設(shè)置合適的泊松比，表征壓縮過程中的材料體積變化。超彈性本構(gòu)模型分為基于熱力學統(tǒng)計的本構(gòu)模型與基于現(xiàn)象學的本構(gòu)模型。在有限元仿真時，現(xiàn)象學的本構(gòu)模型應用較為廣泛，常用的有Odgen模型，Marlow模型等?，F(xiàn)象學本構(gòu)模型以應變能描述材料的超彈性，將其分解成應變偏量能和體積應變能兩部分，具體形式如下所示：

2 不同超彈性本構(gòu)模型下的仿真結(jié)果

圖1是汽車尾燈的安裝示意圖，在尾燈與鈑金支架之間有一圈泡棉，起著密封防水的作用，當緊固螺栓后，泡棉橡膠的壓縮反力會使鈑金支架發(fā)生變形。通過實驗測得泡棉橡膠的壓縮性能數(shù)據(jù)，在運用Abaqus進行仿真時選擇Odgen與Marlow超彈性本構(gòu)方程，對比仿真結(jié)果與實際測量結(jié)果，評估不同超彈性本構(gòu)模型的適用性。表1是對三種類型尾燈的安裝變形仿真，泡棉橡膠的設(shè)計壓縮量為50%，實際情形下，鈑金支架受泡棉橡膠的壓縮反力而發(fā)生變形，導致壓縮量小于50%。由表1可知，Odgen模型下，泡棉橡膠的壓縮量與設(shè)計壓縮量差別較大，泡棉橡膠相比實際偏硬，導致相應的鈑金支架的變形量也偏大，如表2所示。相較于Odgen模型，Marlow模型下泡棉的形態(tài)與壓縮量更符合實際，仿真出的鈑金支架變形量也更符合實際測量值。

3 結(jié)論

通過實際變形案例探究了泡棉橡膠Odgen模型與Marlow模型對仿真精度的影響，在僅有壓縮性能數(shù)據(jù)的條件下，應用Marlow模型會獲得更高的仿真精度，Odgen模型下的泡棉橡膠會比實際偏硬，導致仿真結(jié)果誤差偏大。

參考文獻：

[1]錢勝，陸益民，楊咸啟，吳承偉.橡膠材料超彈性本構(gòu)模型選取及參數(shù)確定概述[J].橡膠科技，2018，16（05）：5-10.

[2]李曉芳，楊曉翔.橡膠材料的超彈性本構(gòu)模型[J].彈性體，2005（01）：50-58.

作者簡介：曹中源（1994-），男，安徽六安人，碩士研究生，尺寸認證項目工程師，研究方向：汽車內(nèi)外飾零件裝配變形CAE仿真研究。