Abaqus案例分享：天然橡胶隔震支座力学性能分析

通常橡胶支座在隔震设计会遇到面压设计问题，轴向拉压刚度如何模拟？对于真实了解橡胶支座内部的压力分布，采用数值模拟和试验分析校核是一种不错的手段，对于橡胶支座的竖向刚度对于支座和材料老化时变规律也具有一定研究意义。

基于ABAQUS天然橡胶隔震支座竖向力学模拟的盛宴。
   

天然橡胶支座由上下封板、多层橡胶和多层钢板组成，其中橡胶与封板和钢板经硫化工艺制成整体。在数值模拟中通常会遇到如下问题：

1）由于存在大量的接触等非线性问题，使得模型极难收敛。

2）接触面众多，利用Abaqus等CAE界面定义约束操作耗时长、易出错。

针对第二个问题，请参考嘉宾以往编写的Abaqus插件—橡胶隔震支座，其实现了橡胶隔震支座参数化建模和内部约束自动绑定，插件界面如下：

此处主要解决第一个问题，这里准备了两个简单的三维模型（文献来源(点击阅读原文(提取码:JYST)可获得)：考虑尺寸效应的近海桥梁天然橡胶隔震支座力学性能老化时变规律研究，世界地震工程，2020），采用ABAQUS 对天然橡胶支座的竖向刚度进行了模拟分析。

*模型几何信息如下：

*材料参数信息如下

*约束信息如下：

下封板完全约束，上封板通过位移控制方式施加均布力，最大位移取1mm。

下面以一个模型为例，通过step-by-step建模展示建模中需注意的问题。
 

Step1：

插件快速建立几何模型和内部约束

通过在插件内部输入几何参数，按下OK键即可快速建立几何模型和内部约束。

Step2：

材料参数

橡胶封板和薄钢板

通过上图建立两种材料参数后，分别建立两个各向同性截面，并将两个截面分别分配给橡胶和封板薄钢板。
       

Step3：

分析步设置

采用静力通用分析步，相关设置如图，不过需要注意的是打开几何大变形

Step4：

载荷及边界条件设置

通过在橡胶支座的上下表面分别建立一个参考点（图中红色所示），其作用是1）便捷设定载荷和边界条件；2）通过设置参考点的历程输出，用于提取力-位移曲线。载荷及边界条件设置较为简单，不做介绍。
         

Step5：

单元类型

由于橡胶是粘弹性材料，对于橡胶部件上的单元必须打开混合变形，至于减缩积分打开后可大大加快计算速度。其余单元设置为默认即可。
       

竖向刚度计算值和文献值对比如下：

结论：

通过和文献对比发现竖向刚度模拟结果近乎一致，验证了数值模拟方法的有效性。

上述的建模过程简要的介绍了建模过程中的一些细节问题，如建模过程可能存在未注意或有误的地方还请批评指正！

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