[发明专利]基于二项Mooney-Rivlin模型橡胶衬套本构参数逆向标定方法

权利要求书

1.一种基于二项Mooney-Rivlin模型橡胶衬套本构参数逆向标定方法，其特征在于包括如下内容：

一、有限元仿真流程，步骤如下：

步骤一，有限元模型建立

1).网格画分

将组成橡胶衬套的橡胶本体结构与内外套管的三维数模导入软件中，在软件中对导入的橡胶本体结构画分四面体实体网格，使网格密度与橡胶本体结构的最小壁厚相同，内外套管的网格来自于橡胶本体结构的face面，同橡胶本体结构共节点；

2).建立材料属性

根据橡胶本体结构的材料密度通过二项Mooney-Rivlin模型计算出橡胶本构参数C₁₀及C₀₁的值；然后在软件中建立橡胶材料卡片，在橡胶材料卡片中赋予材料密度、C₁₀及C₀₁的值；

3).赋予单元属性

橡胶本体结构采用实体单元，内外套管采用刚性体模拟，同时指定刚性面的关联节点；

4).模型装配

通过网格画分操作，橡胶衬套本体结构同内外套管已经做成一体结构，装配关系已经完成，建立通用的接触设置；

5).建立约束及载荷工况

按照衬套刚度曲线台架试验标准，约束外套管刚性面关联节点的六个方向自由度，在内套管刚性面关联节点上加载载荷；

6).结果输出

在软件中输出同一时刻约束点即外套管刚性面关联节点的反力历史数据，以及加载点即内套管刚性面关联节点的位移历史数据；有限元模型建立完成，输出inp文件；

步骤二、有限元模型计算

采用软件对步骤一有限元模型建立后输出的inp文件进行计算获取odb文件；

二、参数优化流程

以橡胶本构参数C₁₀及C₀₁为设计变量，仿真刚度曲线同试验刚度曲线拟合度最大化为目标进行优化分析，采用参数优化软件isight进行参数优化，分为以下四个步骤：

步骤一.试验刚度曲线文件准备

在刚度测试仪器上测试真实橡胶衬套三个方向的刚度曲线，从获得的试验刚度曲线中截取三条作为目标曲线，此三条刚度曲线定义为曲线族A，包括曲线A₁、A₂、A₃；

步骤二.搭建参数优化模型

采用isight软件搭建参数优化模型，其中使用该软件中的一个Optimization程序模块，三个ABAQUS模块、三个data matching应用模块和一个计算器Calculator应用模块，其中

1个ABAQUS应用模块对应1个data matching应用模块，然后串联，3个串联好的数据再并联，最后与1个计算器calculator模块串联，模型框架搭建完成后，对应用模块及程序模块进行文件输入、参数化、数据传递设定、优化算法选择及目标设定，每个模块的具体设置如下：

1).ABAQUS模块

ABAQUS模块共有三项设置：输入项、软件调用执行项及输出项，每一项的设置如下：

输入项：导入步骤一有限元模型建立后输出的inp文件，ABAQUS模块提取inp文件中所有可参数化项供选择，这里选择橡胶本构参数C₁₀及C₀₁；

软件调用执行项：此选项要找到调用ABAQUS求解软件的批处理文件，调用ABAQUS执行计算命令；

输出项：导入步骤二有限元模型计算获得的odb文件，提取真实橡胶衬套三个平动方向的试验刚度曲线，此三条刚度曲线定义为曲线族B，包括曲线B₁、B₂、B₃，传递到下Datamatching模块进行刚度结果对比；

2).Data matching模块

将传递过来的曲线族B同曲线族A进行对比，该模块提供很多对比选项，选择其中的曲线A₁及B₁所围面积S₁,曲线A₂及B₂所围面积S₂,曲线A₃及B₃所围面积S₃作为目标参数；

3).Calculator计算器模块

对Data matching模块输出的三个目标参数S₁、S₂及S₃进行加权处理，加权系数均为1，在本模块中自定义参数S为S₁、S₂及S₃加权参数，S＝S₁+S₂+S₃；

4).Optimization模块

Optimizatio模块共有四项设置：通用设置、变量设置、约束设置及目标设置，每一项的设置如下：

a.通用设置

选择梯度优化算法NLPQLP作为首选算法；

b.变量设置

选择C₁₀及C₀₁作为优化变量，并设置变量初始值的-50％为下限值，+50％为上限值；

c.约束设置

没有约束选项；

d.目标设置

S作为目标，设定目标S为最小化；

步骤三.执行优化迭代计算

在isight软件中执行优化迭代计算，迭代过程会记录到历史数据中，迭代完成后该软件则给出优化模型的最优解，此解即为想要标定的橡胶本构参数；

步骤四.刚度曲线对比

将有限元模型建立后输出的inp文件中的橡胶本构参数C₁₀及C₀₁替换为步骤三中isight软件输出的橡胶本构参数最优解，再将替换后的数据输入isight软件中，并调用该软件中的ABAQUS模块执行计算，生成odb文件，提取odb文件中约束点反力及加载点位移的历史数据，在EXCEL软件里以位移为横坐标，反力为纵坐标画出橡胶衬套三方向的刚度曲线，与真实橡胶衬套刚度试验测试中相应的3个方向曲线进行对比，形成三组对比曲线；在每组对比曲线的位移区间内插入九个点，将位移区间平均分成10份；

每组曲线都对插入的九个点求导数，若每组对比曲线在同一点的导数误差均在10％以内，则认为误差在工程可接受范围内，橡胶本构参数的标定效果较好；若误差较大，则需要重新对橡胶本构参数进行标定。