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压力阀橡胶弹簧分析 北京亚新科咨询有限公司 张洪宝 刘立 摘 要:橡胶作为一种非线性材料，其特点是刚度是变化的。它的抗压和抗拉的能 力，会随着受力越大而提高，相比较，金属的刚度在我们使用的范围内是线性的。 所以橡胶在抗压，减振和一些有刚度变化需求的领域得到了广泛的应用。橡胶弹 簧是压力阀设计的关键部件。橡胶弹簧能够通过它的物理特性，受压力变形，导 致控制元件的升降，转化为管路的升降，控制管路的大小，从而满足设计的要求。 关键字:橡胶弹簧 超弹 abaqus 0 前言:我们要分析的橡胶弹簧受压头给一个1500N 的力，然后模拟弹簧的受力 变形，最后得出压头的力和下降的位移曲线。然后跟产品试验的力和位移曲线相 对比，当CAE 分析和试验相比足够准确时，可以提供很多方面的数据，如任意 时刻的橡胶弹簧任意位置的应力和应变，给阀的设计和改进提供参考和依据。最 终的目标是改进压力阀，使它的力和位移试验曲线和要求的力和位移曲线尽量贴 近。 1 分析内容 图1 为实物模型 因为橡胶的刚度是变化的，所以它的给定数据就不能象金属一样，只给定弹 性模量和泊松比就可以。橡胶的种类很多，材料可调整性很强，可以硫化等方法 改变它的性能，并且同样为邵氏硬度为70 的橡胶，可以有几十种上百种，所以 在CAE 中需要输入的橡胶的参数必须通过试验给定，然后在CAE 计算中利用合 适的本构模型拟合。 橡胶不同于金属材料仅需要几个参数描述其材料特性，橡胶的行为复杂，材 料是非线性的。它的力学行为对温度，环境，应变历史，加载的速率都非常敏感， 这样使得描述橡胶的行为变得更为复杂。而橡胶的制造工艺和成分也对橡胶力学 性能有显著的影响。简单依赖单向拉伸性能实验并不能完全描述材料包括压缩及 剪切在内的所有力学行为，这也意味着对橡胶弹簧进行有限元分析和结构模拟， 必须对橡胶材料进行包括拉伸、压缩，剪切及体积实验等在内的全部基础实验。 下面是我们根据国标GBT 7757- 1993 橡胶压缩应力应变的测试得到的橡胶样块 压缩数据： 表1 应力 应变（变形量 （MPA ） 和原长的比 值） 0.00643 0.008 0.00663 0.024 0.08157 0.048 0.31169 0.072 0.53511 0.096 0.82597 0.128 1.04305 0.152 1.26594 0.176 1.50586 0.2 1.76818 0.224 2.07823 0.248 2.18393 0.2552 2.343 0.274 2.705 0.306 3.111 0.339 3.578 0.371 4.137 0.403 4.833 0.435 5.255 0.452 6.317 0.484 6.988 0.5 2、分析计算 用ABAQUS 软件求解；平衡弹簧座和橡胶弹簧，橡胶弹簧和平衡弹簧活塞 之间通过面面接触（surface to surface ）建立接触关系。计算结果如下： 表2 压缩过程中压头下降的位移 单位mm 100 200 400 600 800 1000 1200 1300 1400 1500 N N N N N N N N N N 试 0.79 1.8 3.8 5.5 6.8 7.32 7.6 8.2 8.4