[发明专利]一种橡胶制品力学性能分析及优化设计软件系统

权利要求书

1.一种橡胶制品力学性能分析及优化设计软件系统，其特征在于，包括如下模块：

一、参数化建模模块：实现对橡胶制品关键设计参数变化的自动化建模，以基准几何模型为参考样本，通过改变参数变量来实现几何模型和有限元模型的生成及更新，驱动参数变量、几何模型和网格模型三者之间的参数联动，使得分析对象的几何模型及网格模型随着输入参数的变化而自动生成；

二、本构模型开发模块：用于开发适应于橡胶制品的本构模型，构建多种橡胶制品本构模型材料库，识别本构模型参数，并实现本构模型子模块在有限元数值模拟中的嵌套调用；

三、求解结果分析模块：在参数化建模模块及本构模型开发模块的基础上，提供多工况数值模拟，用于预测评估橡胶制品的力学性能；

四、多参数优化模块：在参数化建模模块、本构模型开发模块、求解结果分析模块的基础上，引入多学科优化机制，搭建ABAQUS与Isight优化集成运算模块，实现橡胶制品的抗蠕变及抗应力松弛优化设计分析；

参数化建模模块建立的操作步骤包括：

①根据橡胶减震器的几何模型，提取结构的关键几何特征参数，建立参数化几何模型：

首先，用户输入关键几何参数值，系统将自动以关键几何参数的标记字母搜索参数标签，查找参数标签在XXXFunction.py文件中的位置；

然后，在寻找到位置后，用用户输入的参数数值替换XXXFunction.py文件中这些标记字母参数标签，以创建一个新的重新编码的XXXFunction.py文件；

最后，运行重新编码的XXXFunction.py文件，即可方便地建立包括如下关键几何参数的橡胶减震器模型：指定高度h、间距d、夹角a；

②橡胶减震器模型的接触设置：根据实际应用工况，将橡胶减震器的上端与解析刚体相连；为了防止刚体与橡胶材料的相互渗透，在接触区域设置了面-面接触；应用Python语言，将如上所述的面-面接触关系集成至橡胶减震器力学性能分析及优化设计软件系统；

③橡胶减震器模型的边界条件设置：根据实际应用工况，将橡胶减震垫的底部设置为全约束条件，上端为自由边界；根据模型的对称性，为提高计算效率，仅建立四分之一模型，并在X和Z方向施加对称约束；应用Python语言，将如上所述的边界条件集成至橡胶减震器力学性能分析及优化设计软件系统；

④橡胶减震器模型的载荷条件设置：根据实际应用工况，载荷沿竖直方向作用于解析刚体，通过自由度耦合传至橡胶减震器；应用Python语言，将如上所述的载荷条件集成至橡胶减震器力学性能分析及优化设计软件系统；

⑤橡胶减震器模型的网格划分设置：对橡胶减震器进行数值模拟环境设置、单元类型设置及材料模型设置后，综合考虑网格收敛一致性特性与计算成本，提出不同密度的网格划分方案：Coarse、Medium、Fine；

所述本构模型开发模块的实现方法包括如下步骤：

(1)根据国家标准及行业规范，开展橡胶制品材料的力学试验测试；

(2)基于ABAQUS提供的用户自定义子程序接口，采用FORTRAN语言，开发橡胶制品材料的本构模型子模块材料库；

(3)通过Python进行计算机语言集成编程，应用智能优化算法，开展基于力学试验测试结果的橡胶制品材料本构模型参数辨识；

(4)建立向导式材料输入模块，构建自编译用户子程序插件，实现本构模型子模块在有限元数值模拟中的嵌套调用；

所述开发橡胶制品材料的本构模型子模块材料库包括如下步骤：

首先，沿用ABAQUS内置超弹材料本构模型，建立超弹本构模型子模块；

其次，综合考虑非线性超弹特性及含时间变量的退化机制，建立时变应力松弛及蠕变本构模型子模块；

最后，在建立的时变应力松弛及蠕变本构模型基础上，引入塑性损伤效应，建立考虑损伤残余变形效应的时变松弛-损伤及时变蠕变-损伤本构模型子模块。

2.根据权利要求1所述的一种橡胶制品力学性能分析及优化设计软件系统，其特征在于，所述力学试验测试包括准静态单轴拉伸、等双轴拉伸、平面拉伸试验、长时蠕变试验及长时应力松弛试验。