合作成果 | 如何将橡胶件疲劳寿命预测偏差从96.9%降至15.6%：一个关于自生热效应的工程实践
导语 ：
在橡胶部件的设计与验证中，疲劳寿命预测的准确性直接影响着产品的可靠性与开发周期。传统方法常常忽略部件在循环载荷下的自生热效应，导致预测结果与实验相差甚远。本期，我们将分享一篇我们与合作伙伴金宇轮胎联合发表的研究论文，探讨如何通过一种切实可行的仿真方法，显著提升预测精度，将最大偏差控制在了15.6%以内。希望能为面临同样难题的同行提供有价值的参考。
正文：
在工程实践中，我们常常遇到一个棘手的问题：仿真计算的橡胶件疲劳寿命看起来很理想，但实际试验中部件却过早损坏。这其中的一个关键因素，常常被忽略——那就是部件在持续动态载荷下因内部分子摩擦而产生的自生热效应。
表1. 天然橡胶 (NR) 和丁苯橡胶 (SBR) 的裂纹扩展性能及温度敏感性
橡胶自生热引起的材料或结构内部温度升高，会导致橡胶力学性能下降、抗疲劳能力降低，还会伴随着刚度衰减、加速老化等过程，从而显著缩短产品的疲劳寿命。如果不能在实际仿真中精确复现这一物理过程，预测结果便很难具有指导意义。
为此，本研究以一款炭黑填充天然橡胶侧向限位块为例，开发了一套热-力耦合仿真工作流，核心在于将材料参数设置为温度相关的变量。
这些关键数据并非凭空假设，而是源于扎实的测试：我们结合了全套橡胶材料超弹性本构关系测试和粘弹性本构关系测试，真实地捕捉了材料属性随温度的变化规律。
左图 -- 橡胶的弹性和粘性响应取决于相对于玻璃化转变温度 Tg 的温度；右图：分子运动速率取决于相对于玻璃化转变温度 Tg 的温度。
随后，利用FEA有限元仿真软件进行非线性结构热耦合分析，精确模拟了部件在工作过程中的生热与温升；再将结果导入Endurica疲劳求解器中进行寿命计算。
最终，方法的有效性通过实验得到了验证：
· 考虑自生热效应的仿真：预测寿命与实验结果高度吻合，最大偏差仅为15.6%。
· 作为对比，忽略自生热的传统仿真：结果严重偏离现实，最小偏差也高达96.9%。
15.6% 与 96.9% 的对比，直观地揭示了在橡胶件疲劳耐久分析中，计入自生热效应不是一个“可选项”，而是一个必要的精度前提。
【免费获取 · 论文原文】
这项研究的关键数据以及实验验证方法，均在联合发表的原始论文中详细呈现。
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这项研究不仅提供了一种经实验验证的、高精度的预测方法，更旨在为同行提供一个可借鉴的工程思路。我们相信，通过更贴近物理现实的仿真手段，能够有效优化产品设计，提升耐久性，减少对昂贵且耗时的物理试验的依赖。易瑞博科技已与合作伙伴一起，将整套橡胶热-力耦合疲劳仿真工作流程应用于轮胎、橡胶衬套、空簧等多种产品的耐久性分析和疲劳寿命预测，为指导终端客户快速开发高性能、强耐久的新型产品提供了切实的帮助。
以下是我们合作论文的摘要详情，供您参考。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mats.202500067
如果您的项目也正受到橡胶件疲劳寿命预测不准或热管理问题的困扰，欢迎与我们联系，探讨如何将这一经过实践验证的方案应用于您的产品开发中。
