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橡胶隔振器静态特性计算与建模方法的研究

何小静  
【摘要】:近年来,随着汽车行业的迅猛发展,如何提高汽车的NVH性能也成为人们广泛关注的问题。而动力总成则是汽车的主要激振源之一,对汽车的乘坐舒适性有着很大的影响。动力总成悬置系统用于隔离动力总成与车架之间的振动,其的隔振性能对提高整车的舒适性和行驶平顺性有着至关重要的作用。橡胶隔振器(悬置)是悬置系统的主要隔振元件,应用有限元分析技术对橡胶隔振器进行力学性能分析,从而实现对动力总成悬置系统的优化设计,可以有效的隔离来自发动机和车身的振动,提高汽车的乘坐舒适性。 本文总结了前人对橡胶悬置的研究,以两种不同类型的橡胶隔振器为研究对象,运用有限元分析技术研究了橡胶隔振器的静态特性的计算方法以及建模方法。研究内容主要包括下几个方面: 1.在阅读了大量的文献的基础上,了解了汽车动力总成悬置系统和悬置元件的发展历程以及研究现状,总结了橡胶隔振器静态特性计算方法的研究现状,概括了橡胶隔振器的结构类型以及应用范围。 2.基于橡胶材料的统计热力学和唯象理论,探讨了橡胶材料不同的本构模型的应变能密度函数和超弹性实验方法。测试了橡胶试片在单轴向拉伸、等双轴拉伸和平面剪切应力-应变状态下的应力-应变关系。利用测试得到的应力-应变关系,和应用不同的本构模型,拟合得到了不同模型的材料常数。 3.建立两种不同类型的橡胶隔振器的有限元模型。运用HyperMesh进行网格划分后导入ABAQUS进行三向静态特性的仿真分析,获得橡胶隔振器的有限元静态特性计算结果。在MTS833三轴向弹性体测试系统上对橡胶隔振器进行三向静刚度测试,根据橡胶悬置的实际工作载荷情况确定测试载荷,由MTS833实验台的数据处理系统记录的位移激励和载荷的测试数据,合成得到橡胶悬置的力-位移特性曲线。 4.对橡胶隔振器的三向静态特性有限元仿真结果与测试结果进行对比。总结了影响橡胶隔振器三向静态特性计算结果精度的各种因素。其中,不同的应力-应变状态对橡胶隔振器静态力-位移关系的影响非常明显。对于单向受拉压的橡胶隔振器,利用三种应力-应变状态下拟合得到的本构模型常数计算得到的静刚度计算值,比只用单轴拉伸应力-应变状态下拟合得到静刚度计算值精度高。对于受纯剪切变形的橡胶隔振器,用平面剪切应力-应变状态的拟合得到的本构模型材料常数计算得到的静刚度,比用三种应力-应变状态拟合得到的本构模型常数的静刚度计算值精度高。 5.橡胶材料本构模型的合理选择也是保证橡胶隔振器力-位移关系计算结果精度的一个重要因素。对于一般常用的橡胶隔振器,Mooney-Rivlin模型的计算精度最高,其相对误差均小于10%,其次是Arruda-Boyce模型、Ogden模型、Yeoh模型,计算相对误差较大的是Marlow模型和Van der Waals模型。在实际工程应用时,需要根据橡胶隔振器的结构特点以及受载情况,选取最适合的本构模型。 6.橡胶材料的Mullins效应对橡胶隔振器的三向静刚度计算结果有着很大的影响,因此在进行橡胶材料的应力-应变测试时,应该尽量消除Mullins效应对测试结果的影响。而橡胶材料的可压缩性对计算结果影响不大,因此一般定义橡胶材料具有不可压缩性。


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