1、毕业设计文献翻译院 系 名 称 专 业 名 称 学 生 姓 名 指 导 教 师 20xx年03月5日国际 J板牙形式(2010)3卷增刊1:679 682工业部10.1007/s12289-010-0861-6斯普林格出版社法国2010年有限元模拟橡胶模具过程中热塑性复合材料成型机瓦莱里娅安东内利，罗梅里森1机械工程学院,研究所的轻量级结构,慕尼黑技术大学2航空航天工程学院,代尔夫特理工大学摘要：橡胶是一种超弹性的材料非线性行为在张力和压缩是非常不同的。紧张的行为显示了最初增加刚度，其次是在更高的压力,随后降低刚度,而在压缩刚度增加更高的负载。 在本文中，在拉伸和压缩橡胶的力学性能来实现ABA
2、QUS通过超弹性材料模型在有限元软件，它完全代表被测材料的行为。材料模型采用应变能潜在的多项式二次模型的材料的应力-应变曲线。材料模型的验证表明，与材料的试验比较。其它性能如泊松比和两个模具之间的摩擦系数是已知的敏感度分析。该机为一U型钢生产过程中成形有限元模拟与试验结果的比较，显示出良好的协议。关键词：橡胶热压成型，ABAQUS，非线性有限元分析1.引言橡胶压热塑性复合材料的形成是一个由金属工业使热塑性部分的系列产品的生产方法。该方法使用一个金属模具，橡胶模具得到了相的形成几乎均匀的压力分布。该橡胶模具的正确设计仍然是通过试验和错误，其开发时间和由此产生的成本几乎完全依赖于制造工程师和材料供
3、应商 1 。这个事实导致决策产生只有简单的部分，主要几乎平坦的板或单曲板。虽然这种生产方法，几乎完全自动化的和非常快的，有很大的潜力，也有更复杂的几何形状。为了降低开发橡胶热压成型需要提高的影响的过程参数的知识有关的费用。本文介绍了一些在努力理解的硅橡胶模具的行为过程中，确定一个正确的一些有限元分析所需的参数得到的结果（FEA）。2硅橡胶的力学行为 按热塑性材料的成型过程中使用的典型的橡胶是一种基于硅橡胶。不同的橡胶类型可以不同的硬度和最大工作温度。一般来说，热塑性塑料产品的每一个生产者使用它自己的模型，因为他是用它的行为，可以根据他的经验设计模具。很少有人知道橡胶的材料特性和性能。已知的唯一
4、的特点是它的硬度，强度和断裂伸长率，由橡胶生产商给出的所有数据。2.1拉伸和压缩试验 压缩和拉伸试验已按ASTM标准D575-91和D 1 412-98a分别进行。试件的形状和尺寸如图1所示。橡胶试样已经测试过，温度从室温到250为了了解橡胶的性能在橡胶成形过程中。图1 尺寸的试样按ASTM标测试的结果如图2所示。在更高的温度橡胶是硬的，但它也更脆在上述情况下。图2 温度对硅橡胶力学性能的影响2.2摩擦系数钢和橡胶的静摩擦系数（COF）被测量的 3 利用一个简单的测量系统。图3测量系统的COF和组装装置。测量装置，如图3所示由：1。金属支架的金属板的标本2。三个金属板标本和三个橡胶标本3。三角
5、形的橡胶试样架(重量:104克)4。力传感器和四个应变仪5。测力传感器6。信号扩大7。我公斤体重 三角形的金属板覆盖橡胶试样架为了充分接触橡胶和金属。1公斤的重量放置在三角试样架上面的橡胶试样的正压力增加。 牵引力F的力传感器，将力变成电信号并将该信号用信号放大器测量出来。在那一刻，力显示出来和被记录。 当三角架开始运动时，得到静摩擦的作用。试验分别在室温和在50到200范围内进行形成如表1所示表1在不同温度下 橡胶与金属之间的摩擦系数 显然，COF是随着温度的升高。2.3热性能 制造商提供的热膨胀系数值由道康宁橡胶有限公司提供的是8.710 - k(25 125之间)。随着生产的进行模具内的
6、温度达到160，进行了试验，能够测量在这个温度的橡胶热膨胀系数。测试是在室温和较高的温度下进行橡胶模具尺寸测量。测得的热膨胀系数为1.60510K，这不仅是制造商所给的值两倍一样大，而且是一个非常高的值，这大大影响了橡胶的形状在成型过程中必须考虑的橡胶模具设计。3重塑 进行有限元分析，ABAQUS软件的计算机程序已被使用。程序的选择是基于固有的非线性特性，结合对试验结果的基础上对超弹性材料定义提供了可能。3.1材料模型 当定义一个超弹性材料在ABAQUS中可以选择的材料模型，已经在代码中定义的，它代表的测试值。对试验材料的值被输入的代码做一个表并与几种材料模型在ABAQUS中已经存在的比较。超
7、弹性材料模型，通过材料试验定义了更为准确的应力应变曲线是一种潜在的多项式二次应变能。试验数据和多项式函数的比较如图4所示。图4实现材料模型的验证由于两种材料模型曲线不吻合 ，这种橡胶型得到了进一步的发展。在实际情况下在应力应变曲线定义拉伸和压缩的材料模型需要定义泊松比的影响。3.2测试例子 为了判断材料模型的准确性如何，可以调整，不包括材料的参数，像泊松比和摩擦系数，用于生产的一个U形的模具进行了建模分析。本文已被用于在过去的几个实验在 2 描述。 有限元模型如图5所示。钢凹模进行了建模，结合广泛使用的橡胶模具。沿侧壁1毫米的间隙被认为是允许的热塑性层压板。橡胶模具推到金属模具通过几何线代表实
8、体,应用位移或力。实体和橡胶绑在一起是金属模具、橡胶模具之间的接触的应用。接触有一个正向的部分和切向部分，代表摩擦。摩擦值已从0.5变化至0.8，这显示在静态实验测量值的范围。 进行了初步测试，以验证实验中的泊松比的影响。事实上，泊松比的值越高，材料越不可被压缩。理论上橡胶泊松比应为0.5左右。当这个值是不可能是该元素的，泊松比在0.4到0.48范围内变化。图5有限元模型的一个U型钢的生产工艺。 在金属模具中由于橡胶的压缩发生变形的一个例子如图6所示。橡胶模具填充金属模具几乎完全除去较低的角。确实是一个橡胶成形的众所周知的问题。另一个问题是，要考虑的是橡胶模具高度降低。这是相当可观的，这意味着
9、侧墙上压力分布达到一定的水平，从而影响在模具壁整体的压力分布。图6压缩后的橡胶模具变形结果在Excel图表，在X轴的值代表的是有限元模型和测试中扩展视图截面模具的压力，如图7所示的测量。在模具中Y轴的的压力分布显示。图7 该模具图形表示对压力的测量。 图像表示当一个10毫米的位移施加在橡胶模具时沿模壁压力分布。图8显示较低的泊松比在钢模具中压力是非常低的。特别是，在钢模中，沿侧壁的接触压力明显低于底部的接触压力表明了泊松比的增加橡胶模具侧向变形能力增强。图8表示泊松比对模具中压力分布的影响但最好的结果是与0.48的泊松比，收敛较慢，达到更加困难，尤其是当考虑控到制仿真实验旳力。4实验的比较准静
10、态实验模拟橡胶压法可以实现已经在 4 中显示出来。金属模具是配有压力传感器在同一截面处的应力计算的有限元分析。一个高度为40 mm和宽度38毫米的矩形横截面的橡胶块是用1毫米厚度和截面等于40x40毫米的U型梁模具的制造出来的。图9模拟数值和实验结果的比较。模具的压力分布是在有限元分析中捕获的，压力几乎都分布在模具的底部，以及两侧压呈抛物线分布，包括角落的压力损失。图9实验结果和模拟数值之间的比较。5结论 橡胶模型用于模拟橡胶压法比较准确，只要将涉及到的参数考虑到如材料特性，温度参数，摩擦过程。应特别注意橡胶的泊松比。 进一步的研究将涉及到模拟过程中模具内的温度变化，使用橡胶的正确形状起着重要
11、的作用，尤其是对产品的制造包括细节。最后一步是完整模型的加工，也包括热塑性材料。参考文献：1 L.M.J ROBROER , The development of rubber forming as a rapid thermoforming technique for continuous fibre reinforced thermoplastic composites ;PhD thesis Delft University of Technology ,The Netherlands 1994 2 ANTOELLI V, BEUKERS A, Rubber mould Characte
12、risation for the press Forming Process, SAMPE Europe 2005 3 HUANG C.Y. A Fundamental Investigation of the Friction Effect Upon Rubber Forming of Thermoplastic Composites ,Thesis Delft University of Technology 2005 4 ANTONELLI V, DECOSTER D ,MARISSEN R, BEUKERS A. Improvements in the Pressure Distribution During Forming of Thermoplastic Composites .In the 11 t h ESAFORM Conference on Material Forming , 2008 10
