[发明专利]计及帘线的橡胶块温度场的仿真模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及仿真模拟领域，特别涉及一种橡胶块的生热和传热模型的仿真模拟方法。

背景技术

橡胶块部件因其阻尼性能与弹性性能满足联轴器各项性能的要求，成为联轴器的理想材料。但是，橡胶块较好的阻尼性能，使其在工作中将动态扭矩产生的能量转化为大量的热功耗，若这些热量不能及时充分地传递到环境中，则会对橡胶块部件造成不同程度的影响。轻则使部件性能下降，重则会导致时间损坏。因此，橡胶块部件的热学性能有很大的研究价值。

橡胶块部件在工作中生热的机理，目前仅有较为笼统的热功耗，即动能转化为内能的能量转换方程。对于细化到橡胶块部件在工作时的生热散热模型与温度分布的研究则少之又少。

发明内容

本发明是针对上述课题进行的，目的在于提供一种算法简单、结构精确的橡胶块温度场模拟分析方法。

本发明为实现上述目的，采用了以下的技术方案：

本发明提供一种计及帘线的橡胶块温度场的仿真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立橡胶块的三维几何模型；步骤二，建立网格模型，对步骤一建立的三维几何模型进行网格划分，并将三维几何模型中变形量较大的区域的网格加密3～5倍，得到网格模型；步骤三，建立带帘线的橡胶块网格模型，将网格模型导入ABAQUS软件中，采用rebar单元生成帘线，先将帘线定义在壳上，再将带有帘线的壳嵌入网格模型中，得到带帘线的橡胶块网格模型；步骤四，提取橡胶块的单元应变能密度，在给定工况下，计算带帘线的橡胶块网格模型的应力应变场分布情况，得到结果文件，用Python语言编程，从结果文件中提取出单元应变能密度以及相应的单元和节点编号；步骤五，精确计算橡胶块节点的应变能密度，首先找出与一个节点相连的单元，统计相连的单元的数目，然后将相连的单元的应变能密度相加，最后将总和除以单元数，得到节点的应变能密度，采用相同的方法编程计算其他所有节点的应变能密度，计算公式如下：式中，W_i为i节点的应变能密度，W_ei为与i节点相连的单元的应变能密度，n_ei为与i节点相连的单元总数；步骤六，计算节点生热率，橡胶块的生热率公式为：q_i＝2πfβW_i，式中q_i为橡胶块i节点的生热率，f为加载频率，β为橡胶的损耗因子，W_i为i节点的应变能密度，计算每个节点的生热率，然后将带帘线的橡胶块网格模型导入ANSYS软件，利用APDL语言编程对每个节点施加生热率；步骤七，对橡胶块进行温度场分析，施加温度场边界条件，采用ANSYS软件对带帘线的橡胶块网格模型进行温度场分析，其中，根据步骤四的计算情况确定步骤二中网格加密的程度，直到步骤四的计算结果收敛。

进一步，根据本发明所提供的计及帘线的橡胶块温度场的仿真模拟方法，还可以具有这样的特征，还包括：步骤八，对温度场分析结果进行合理性评价，如果带帘线的橡胶块网格模型的表面温度和环境温度相差很大，则表明应当考虑热辐射对橡胶块的影响，修正步骤七中的温度场边界条件，施加热辐射系数，对带帘线的橡胶块网格模型重新进行温度场分析。

发明的作用与效果

根据本发明所提供的计及帘线的橡胶块温度场的仿真模拟方法，因为利用ABAQUS软件对带帘线的橡胶块网格模型进行应力应变分析，提取了单元应变能密度和节点编号，采用均摊算法计算出节点应变能密度，最后将带帘线的橡胶块网格模型和节点应变能密度导入ANSYS进行橡胶块模型的温度场分析，因此该方法能够将单元应变能密度转化为节点应变能密度，以节点为基础对橡胶块模型进行温度场计算和分析，从而获得精确的仿真计算结果，为橡胶块的实际应用提供理论指导，该方法具有显著的科研价值和经济效益。

附图说明

图1是计及帘线的橡胶块温度场的仿真模拟方法的计算流程图；

图2是橡胶块联轴器的结构示意图；

图3是橡胶块联轴器的网格模型图；

图4是帘线横截面图；

图5是帘线层网格图；

图6是带帘线的六分之一橡胶块网格模型图；

图7是带帘线的六分之一橡胶块网格模型的应变能密度图；

图8是带帘线的六分之一橡胶块网格模型的温度场分析模型图；

图9是带帘线的六分之一橡胶块网格模型的生热率分布图；

图10是带帘线的六分之一橡胶块网格模型的整体温度场分布图；

图11是带帘线的六分之一橡胶块网格模型的外表面温度场分布图；