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橡胶隔振器动态特性计算与建模方法的研究

潘孝勇  
【摘要】:橡胶隔振器是汽车隔振系统的主要隔振元件。本文旨在对橡胶隔振器的静、动态特性展开研究,以便为该类隔振器的设计与开发提供理论和技术支持。本文的主要研究工作为: 1.通过实验和计算方法研究了橡胶隔振器的静态特性。探讨了橡胶隔振器静态特性和材料超弹性实验方法,实测了单轴拉伸、双等轴拉伸和平面拉伸试片在不同应变下的材料应力~应变曲线,并对相关实验的数据处理方法进行了探讨;研究了不同超弹性模型对材料实验数据的拟合精度。 以一汽车动力总成悬置(橡胶隔振器)为研究对象,对其静态力~位移特性进行了计算。并对各种材料超弹性模型计算橡胶隔振器静态特性的精度进行了比较,分析和实验研究了橡胶材料的Mullin效应、体积变形和超弹性实验类型对橡胶隔振器静态特性预测的影响。所得到的一系列结论对橡胶隔振器的产品开发具有工程应用价值,为本文后续的橡胶隔振器的动态特性研究打下基础。 2.提出了一种计算橡胶隔振器动态特性的方法,该方法适用于橡胶隔振器受恒振幅激励时其动态特性的计算。建立了超-粘弹性本构模型来表征橡胶隔振器动态特性的激振频率相关性。讨论了超-粘弹性模型材料参数的获取方法。探讨了橡胶隔振器动态特性计算中静态特性误差带来的影响及相关的刚度修正方法。 对一汽车悬架橡胶衬套(橡胶隔振器)的动态特性进行了计算,并与相应的实验结果进行了比较。在忽略振幅相关性的场合,文中的计算方法对橡胶隔振器前期的结构设计和橡胶配方选择具有重要指导作用,为橡胶隔振器动态特性的进一步深入研究奠定基础。 3.对商业软件中已有的本构模型的进行叠加,建立了考虑橡胶隔振器动态特性振幅相关的粘弹塑性本构模型;使用简单剪切实验数据拟合得到了本构模型中的参数。 建立了同时包含超-粘弹性模型和弹塑性模型的有限元网格叠加方法,计算了橡胶隔振器的动态特性,与分别建立超-粘弹性模型、弹塑性有限元模型,并计算使用这些模型的橡胶隔振器动态特性,然后对计算结果进行叠加的结果叠加方法进行了比较和讨论。文中的方法对于橡胶隔振器动态特性的准确预测、橡胶材料本构模型在复杂场合的应用,具有重要的学术和工程应用价值。 4.建立了基于橡胶材料动态特性振幅相关性计算模型的液压衬套(液阻橡胶隔振器)动态特性计算分析方法。 实验测试了一液压衬套的动态特性,阐述了液压衬套的液-固耦合模型建模方法,并对使用超-粘弹性模型和粘弹塑性模型计算得到的液压衬套橡胶主簧的动态特性进行了对比。将粘弹塑性模型应用于液压衬套动态特性的液-固耦合分析,并与使用粘弹性模型进行的液-固耦合分析的结果进行了比较和讨论。该方法的应用具有重要的学术意义,并将有效地指导产品的前期设计。 5.建立了基于超弹性模型、分数导数模型和摩擦模型的橡胶隔振器动态特性建模方法。 探讨了橡胶隔振器叠加模型的参数识别方法;利用建立的模型和识别得到的模型参数,对橡胶隔振器的动态特性进行了计算,并与实验结果进行了对比分析。建立了包含橡胶隔振器的单自由度系统的时域求解方法,计算了单自由度系统中质量块的加速度响应,并对相关的实验与计算结果进行比较。文中建立的基于分数导数的橡胶隔振器动态特性建模方法,对橡胶隔振器在动态系统中的建模具有重要意义。


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