Selection of a hyperelastic material model for the finite element analysis of an automotive rubber mount

As relações não lineares de tensão-deformação (S-e) são necessárias para a análise de elementos finitos (AEF) de componentes elastoméricos. As curvas de resposta desses materiais são obtidas por uma série de experimentos, principalmente testes de tração e compressão. Diversas equações constitutivas desta classe de material são apresentadas na literatura. Neste trabalho, ensaios de tração e compressão foram realizados em corpos de prova de borracha natural (NR-60) para determinar as constantes de material de múltiplos modelos constitutivos. Além disso, com o auxílio de testes experimentais de bancada, foi obtida a curva força-deslocamento de um coxim automotivo de borracha submetido a uma carga unidirecional. Na última etapa, as constantes do material foram usadas como dados de entrada no software Abaqus®, para realizar uma análise de elementos finitos do comportamento do coxim de borracha e determinar qual modelo de energia de deformação seria capaz de produzir a menor quantidade de erro relativo. A metodologia aplicada no presente estudo revelou que os modelos constitutivos de Arruda-Boyce e Neo-Hookeano foram os mais adequados para reproduzir o comportamento de força-deslocamento do coxim de borracha na simulação 3D de elementos finitos. The nonlinear stress-strain (S-e) relations are required for the finite element analysis (FEA) of elastomeric components. These materials’ response curves are obtained by a series of experiments, mostly tensile and compression tests. Numerous constitutive equations of this class of material are presented in literature. In this work, tensile and compression tests were performed on natural rubber (NR-60) specimens to determine the material constants of multiple constitutive models. In addition, with the aid of experimental bench tests, the load-displacement curve of an automotive rubber mount subjected to a unidirectional load was obtained. In the last step, the material constants were used as input in Abaqus® software, to perform a finite-element analysis of the rubber mount behavior and determine which strain energy model produced the least amount of relative error. The methodology applied in the present study revealed that the Arruda-Boyce and Neo-Hookean constitutive models were the most adequate to reproduce the force-displacement behavior of the rubber mount in 3D finite element simulations.