[发明专利]一种金属橡胶构件的设计方法

说明书

一种金属橡胶构件的设计方法，涉及一种设计方法。本发明解决了对金属橡胶进行有限元模拟计算时，存在材料参数的输入困难和无法获得金属橡胶构件性能参数的影响规律的问题。本发明的步骤一：采用不同的数值仿真模型来准确描述金属橡胶的不同压缩变形阶段；步骤二：利用获得的金属橡胶本构关系通过有限元仿真软件建立金属橡胶构件模型；步骤三：研究构件的结构尺寸对金属橡胶的影响规律。以实心金属橡胶试样的力学性能为基础，分别采用ANASYS软件数据库中的正交各向异性阻尼材料模型和多重线性随动强化模型来描述金属橡胶的变形过程，根据所获得的本构关系再进行金属橡胶的结构设计，分析了结构尺寸对构件力学性能的影响。本发明用于金属橡胶构件设计。

技术领域

本发明涉及一种设计方法，具体涉及一种金属橡胶构件的设计方法，尤其涉及一种基于ANASYS有限元软件分析的结构设计方法。

背景技术

橡胶材料在室温下具有良好的弹性阻尼性能、抗腐蚀老化性能和较长的使用寿命，一直以来作为减振、降噪和密封材料在工程机械领域被广泛使用。但是在低温条件下，橡胶材料表现出很多缺点，如温度降低时硬度及模量变高、恶劣海洋环境使用易发生老化、高低温交替使用寿命变短等。而金属橡胶正是针对这些不足之处而发展起来的一种功能结构型材料。

金属橡胶是一种由以金属丝为原材料，经过绕制缠结成一定直径和螺距的弹簧螺旋卷，铺制成三维毛坯，最终冷压成型得到的匀质多孔材料。与传统橡胶相比，金属橡胶在受载过程中刚度变化较为剧烈，并且远远高于传统橡胶，通过结构设计获得能够在低温下代替传统橡胶使用的金属橡胶。

在如今，有限元仿真计算已经在工程实践上得到大规模的应用，而金属橡胶作为一种新型材料，目前还没有完全适合其力学性能变化的材料模型，当前金属橡胶模型主要是悬臂梁等效模型和线弹性材料模型，但悬臂梁模型建模困难，不适用于结构复杂的金属橡胶构件；线弹性模型将金属橡胶等效为弹性材料，不能描述其非线性变形过程。因此，如何将金属橡胶的力学性能变化规律准确输入到计算机中是十分重要的。

发明内容

本发明为了解决现有的金属橡胶进行有限元模拟计算时，由于没有一种可以完全适合其力学性能变化的材料模型，不能将金属橡胶的力学性能变化规律准确输入到计算机中，无法得到典型结构尺寸对金属橡胶构件性能参数的影响规律。进而提供了一种金属橡胶构件的设计方法。

本发明的技术方案是一种金属橡胶构件的设计方法，它包括以下步骤：

步骤一：采用不同的数值仿真模型来准确描述金属橡胶的不同压缩变形阶段：对金属橡胶压缩应力-应变曲线线性阶段采用ANASYS有限元软件数据库中的正交各向异性阻尼材料模型描述；对金属橡胶压缩应力-应变曲线非线性阶段采用ANASYS有限元软件数据库中的多重线性随动强化模型来描述。

步骤二：基于能量守恒定律和随动强化理论结合步骤一中ANASYS软件数据库中的正交各向异性阻尼材料模型和多重线性随动强化模型对不同的压缩变形阶段提出了新的金属橡胶本构关系，通过有限元仿真软件建立金属橡胶构件模型。

步骤三：研究构件的结构尺寸对金属橡胶构件刚度影响：利用有限元仿真软件建立金属橡胶构件模型，对其进行有限元模拟计算，主要分析金属橡胶的外径尺寸，内外径比值和相对密度对力学性能的影响规律。

本发明与现有技术相比具有以下改进效果：

1、本发明的有益效果是将有限元仿真软件与金属橡胶构件的设计结合在一起，采用不同的仿真模型描述不同阶段的金属橡胶压缩变形过程，大大提高仿真数据的准确度。再根据所获得的本构关系利用有限元仿真软件设计金属橡胶构件的结构尺寸，研究金属橡胶构件结构尺寸对力学性能的影响。

2、本发明基于ANASYS仿真模拟软件的金属橡胶构件结构的设计方法，采用ANASYS软件数据库中的正交各向异性阻尼材料模型和多重线性随动强化模型来准确描述金属橡胶的变形过程，解决了金属橡胶进行有限元模拟计算时材料参数的输入困难问题，得到了典型结构尺寸对金属橡胶构件性能参数的影响规律。