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排气系统橡胶吊耳材料参数标定分析

Calibrationanalysisofmaterialparametersforrubberlugsin

exhaustsystem

代鹏飞，徐雁，文辉，徐发扬，齐洋，杨怀刚

长安汽车动力研究院，重庆，401120

【摘要】本文基于橡胶的Mooney-Rivlin本构模型，运用ABAQUS对排气系统橡

胶吊耳进行静刚度分析。在橡胶材料参数标定分析时，通过对比橡胶吊耳的分析

刚度和测试刚度，运用ISIGHT标定出橡胶吊耳基于Mooney-Rivlin模型的材料参

数，为橡胶吊耳的进一步分析和研究提供帮助。

【关键词】橡胶吊耳；Mooney-Rivlin模型；静刚度分析；标定；集成参数分析

Abstract：Inthispaper,basedontheMooney-Rivlinconstitutivemodelofrubber,the

staticstiffnessanalysisfortherubberlugsofexhaustsystemiscarriedoutbyusing

ABAQUS.Inthecalibrationanalysisofrubbermaterialparameters,throughthe

comparativeanalysisofrubberlugsstiffnessandstiffnesstest,therubberlugs

materialparametersbasedonMooney-RivlinmodelarecalibratedbyISIGHT,which

canbehelpfulforthefurtheranalysisandresearchoftherubberlugs.

Keywords：Rubberlugs；Mooney-Rivlinmodel；Staticstiffnessanalysis；Calibration；

Integratedparameteranalysis

0引言

汽车排气系统作为汽车乘坐舒适性的主要影响因素之一，其振动问题在行业

中得到了广泛的重视。因此，作为排气系统的解耦元件橡胶吊耳就显得非常重要，

如何有效降低发动机经排气系统对车身底板的振动传递是吊耳设计关注的重点。

同时，吊耳作为排气系统的承重部件,其自身的强度、耐高温性、耐久性和刚度

等也是吊耳设计的关键，因此对橡胶吊耳的力学性能和可靠性研究就显得很重要。

本文基于橡胶Mooney-Rivlin本构模型,对排气系统橡胶吊耳进行静刚度分

析；并通过集成参数优化分析的方法，对橡胶材料参数进行标定，获得橡胶在该

本构模型下的具体参数，从而为吊耳的进一步分析和研究提供支撑。

1橡胶材料的本构模型介绍

橡胶作为一类超弹性材料具有大应变非线性特征，这给数值模拟时材料参数

的确定带来很大困难，目前常用的橡胶材料本构模型主要分为:基于分子统计学

理论的本构模型、以应变不变量表示的应变能密度函数、以主伸长率表示的应变

能函数[1]。

对于以应变能密度是主应变不变量的多项式函数本构模型，当材料是不可压

缩时，这个材料模型通常被称作Rivlin材料；如果仅仅一次项被采用,模型被称为

Mooney-Rivlin材料[2]。在工程上，对橡胶类物理非线性材料,常用Mooney-Rivlin

模型来描述；本文主要用该模型对橡胶吊耳进行刚度分析，同时通过对比吊耳刚

度测试结果，对相关参数进行标定。

1.1橡胶材料弹性理论

工程中处理橡胶弹性问题时，一般认为橡胶为各项同性不可压缩材料，其应

变能密度函数W是变形张量不变量?1,?2和?3的函数[3]，即

W

NN1

???

W(I1,I?C(I?3)(I?3)?I?1

I,)ij2

??

2i

ij2

23ij123

D

i,j?1i?1

i

（1）

其中：

I（2）

1??????

222

123

I（3）

2?(??)?(??)2?(??)2

2

122331

I3????（4）

222123

式中，

?、

1

?、?是3个主伸长比，W为应变能密度，N、C和D为材料常

23iji

数,由材料试验确定；对于不可压缩材料，有?3=1；同时，不变量?1及?2为第1、

第2Cauchy-Green应变不变量。

若仅用一个参数描述Mooney-Rivlin模型,即C=0，则称为neo-Hookean模型,