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动力总成橡胶悬置本构关系与优化设计

张文飞  
【摘要】:橡胶制品在汽车上应用越来越广泛,橡胶产品在设计过程中由于其力学特性及其形状非线性,给产品设计者带来很大的困难,因此准确预测橡胶力学特性,对橡胶产品的设计有重要的意义。橡胶悬置作为动力总成与车架之间的连接件,不仅起着支撑作用,而且是一种有效隔振的部件。本文对橡胶悬置本构关系及其隔振性能进行了研究。 橡胶超弹性本构关系是通过橡胶基本材料实验拟合得到的。应用不同本构模型对橡胶基本力学实验曲线进行拟合,并分析不同本构模型拟合效果,选取最合适的本构关系。利用有限元计算软件计算橡胶悬置三向静态刚度,并与实验进行对比,验证橡胶材料本构关系的准确性。 橡胶黏弹性本构关系是通过橡胶DMA实验并应用广义Maxwell本构模型进行拟合得到的。分析在不同影响因素下,橡胶材料动态特性的变化规律。通过测试橡胶在不同温度和频率下的储能模量和损耗模量,利用时温等效原理得到宽范围的频率谱。应用非线性最小二乘法对Prony级数方程进行拟合得到材料参数,并计算橡胶悬置三向动刚度,结果表明橡胶悬置动静刚度比在1.0-1.7之间,这符合橡胶悬置一般规律。 橡胶悬置的刚度对动力总成系统的振动有很大的影响。本文通过对C16-AT车型方向盘抖动问题进行分析,首先建立动力总成悬置六自由度方程,计算动力总成频率分布范围及解耦率,并校核动力总成悬置之间连线与扭矩轴之间的角度。以橡胶悬置刚度为设计变量,动力总成系统固有频率分布为约束条件,能量解耦率为约束目标,优化方法选择多目标优化方法。对改进后的橡胶悬置重新设计刚度特性曲线,并计算动力总成在28种工况条件下质心位移与偏转角。最后对改进前后的橡胶悬置隔振特性进行实验对比,结果表明优化后橡胶悬置能有效改善车辆振动。 本文建立橡胶超弹性和黏弹性本构关系的拟合方法,这对橡胶制品的设计有一定帮助。对动力总成系统解耦优化及设计方法做了总结,同时也为我公司动力总成橡胶悬置设计提供了一定技术参考。


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