[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

说明书

本发明公开了一种橡胶制品力学性能分析及优化设计软件系统，包括如下模块：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；本构模型开发模块：用于开发适应于橡胶制品的本构模型；求解结果分析模块：用于预测评估橡胶制品的力学性能；多参数优化模块：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。本发明所公开的软件平台能够对橡胶制品进行准静态超弹特性分析、长时蠕变分析及应力松弛分析，具有较高的准确性，有效提供橡胶制品的力学性能预测结果及优化设计方案，具有广阔的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及材料检测技术领域，特别涉及一种橡胶制品力学性能分析及优化设计软件系统。

背景技术

橡胶制品因体积小、质量轻、多维非线性刚度等优点，在工程装备减震隔振中应用广泛。作为工程装备系统的重要组成部分，橡胶制品需具有良好的静态非线性刚度特性、抗蠕变特性及抗应力松弛特性，其在系统中主要起到支撑、隔振及减震的作用。为了确保实际服役状态的安全性和可靠性，采用现代化有限元数值模拟技术，对橡胶制品在不同作业工况下进行力学性能预测(如准静态超弹分析、长时蠕变分析及应力松弛分析)十分必要。

目前，操作人员在仿真分析时，一般根据结构特征对橡胶制品进行几何建模，仅能对固定尺寸的橡胶制品进行力学性能分析；在产品更新设计中，操作人员需对橡胶制品的关键几何参数进行逐一修改，手动重复几何建模、网格划分、边界/载荷/接触条件设定等操作过程，造成人力成本和时间成本的增加。由此可见，对橡胶制品开展参数化建模工作(即提取关键几何参数、实现自动化输入修改模型)，可大大节省设计成本，具有重要的实际应用价值。另外，应用现有商业有限元软件对橡胶制品进行分析时，因商业软件内置材料模型库主要包含橡胶材料的超弹材料模型和粘弹材料模型，无法直接开展橡胶制品的蠕变及应力松弛分析。为满足工程应用需要，应对商业有限元软件进行二次开发编译，实现橡胶材料蠕变、应力松弛等本构模型的编写入库，对橡胶制品进行完整的时变特性分析。

此外，随着现代计算机技术的快速发展，运用有限元方法和优化理论结合的数值模拟技术对实际装备分析、预测及优化已成为一种必然。对于橡胶制品而言，通过仿真及优化计算，可望确定结构在满足力学性能要求下的最优几何参数组合，该工作对橡胶制品交付升级、缩短研发周期、节省设计成本具有显著的应用价值。

综上所述，对商业有限元软件进行二次开发及编译，提供一种集参数化建模、本构模型开发模块、求解结果分析及多参数优化分析于一体的橡胶制品力学性能预测及优化设计软件系统，将为橡胶制品的实际力学状态分析提供必要的仿真计算手段，具有重要的工程应用意义。然而目前尚缺乏具有如上功能的橡胶制品分析及优化软件系统，操作分析人员无法准确预测橡胶制品的力学性能及后续一体化优化设计，影响了橡胶制品的实际应用进程。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种橡胶制品力学性能分析及优化设计软件系统，该软件系统集成了参数化建模、本构模型开发模块、求解结果分析模块、多参数优化模块等诸多模块，能够对橡胶制品进行准静态超弹特性分析、长时蠕变分析及应力松弛分析，具有较高的准确性，有效提供橡胶制品的力学性能预测结果及优化设计方案，具有广阔的实际应用价值。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种橡胶制品力学性能分析及优化设计软件系统，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；