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轻型车驾驶室液压悬置的流固耦合有限元分析

张艳国  
【摘要】:随着生活水平和质量的日益改善,现代社会中人们对汽车舒适性的要求逐渐提高。汽车行驶时,引起各部件振动的原因主要来自路面不平度的随机激励和发动机工作时所产生的激励。为了更好地隔离这些振动,改善汽车的舒适性,各种悬置元件在汽车上得到了广泛的应用。常见的两种悬置元件是发动机悬置和驾驶室悬置。前者用于隔离发动机传给车架的振动,后者用于隔离车架传给驾驶室的振动。因此,开发具有良好隔振性能的悬置元件是现代汽车生产设计中的重要环节。 悬置元件发展到今天,按照隔振性能由低到高的顺序,主要有橡胶悬置、液压悬置、半主动悬置和主动悬置四种结构型式。橡胶悬置的结构简单,成本低廉,但是在性能上不及后者。半主动和主动悬置的隔振性能优越,但是结构复杂,性能不够稳定,开发成本高。因此,目前在轿车和一些轻型车上,液压悬置得到了广泛的应用。 液压悬置的组成材料中包括橡胶和液体介质,这些材料的非线性特性大大增加了液压悬置隔振机理研究的难点。目前国内外对液压悬置的研究方法,大多采用基于试验的集总参数法。这种方法适用于对产品进行优化设计,但是在真正的产品开发中有一定的局限性。随着计算机技术的快速发展,有限元技术的应用很好地解决了液压悬置研究的难点。本文结合吉林省科技厅重大项目“汽车橡胶隔振减振系统与部件产业化关键技术”,采用目前流行的流固耦合有限元方法,对某轻型车驾驶室液压悬置进行了深入研究,主要研究内容如下: 首先,剖析液压悬置的实体结构,对各个零件进行尺寸和位置的准确测绘,建立悬置总成各零件的二维平面和三维实体模型,并在有限元前处理软件中进行网格划分。将悬置的网格模型导入到流固耦合分析软件中,根据流固耦合力学的相关理论,进行材料、边界条件、约束和载荷条件的添加,最终建立悬置的流固耦合有限元模型。对模型进行仿真计算,得出液压悬置的隔振特性。 然后,按照测绘所得的图纸,采用适当的加工工艺对悬置各零件进行生产试制,并进行悬置总成的装配。严格控制工艺流程,生产出合格的悬置产品。对试制所得的液压悬置产品进行隔振特性的相关试验。将试验和模型仿真计算结果进行对比,验证并完善所建液压悬置流固耦合有限元模型。 最后,在模型完善的基础上,对液压悬置的性能进行了参数化研究。通过详细分析各个参数对液压悬置隔振性能的影响规律,掌握内部固体和液体的相互作用关系,从而揭示液压悬置的隔振机理。 汽车上不同的隔振减振系统对液压悬置元件的隔振特性有不同要求。本文所进行的研究,可以为相关液压悬置产品的设计开发和性能优化提供理论依据、研究方法和实际的生产指导。


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