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汽车动力总成橡胶悬置结构分析与优化

向以轩  
【摘要】: 随着经济的发展和道路交通环境的不断改善,以及能源、污染问题的日益突出,使得轿车的设计向着大扭矩、轻量化的方向发展,这在很大程度上恶化了轿车的振动特性,严重影响了车辆的乘坐舒适性。大量研究和实验表明,发动机的振动噪声已构成车内振动噪声的主要成分,其特点是多振源、宽频带、形态复杂。特别是国产轿车,大都采用平衡性较差的直列四缸发动机,发动机的隔振问题尤为突出。轿车的振动和噪声控制正逐渐成为汽车设计人员要解决的首要问题。因而,对隔离动力总成振动噪声向车内传递的关键部件—发动机悬置系统的设计要求越来越高。由于橡胶悬置独特的低成本、结构紧凑、工艺性好、易维护等特性、现在国内仍然得到广泛的应用。基于此,本文利用有限元方法,针对橡胶悬置的结构设计问题进行研究。 本课题在研究动力总成悬置系统橡胶元件的关键结构参数与其静刚度特性之间的关系的基础上,进行橡胶悬置元件的结构设计研究,从而摸索出一套橡胶元件的结构设计方法。主要研究工作和取得的成果如下: ①对橡胶悬置的材料配方进行了深入的探讨,明确了橡胶材料的基本特性和描述材料物理性能的性能参数,并对典型的隔振橡胶的配方设计、其主要物理机械性能及其隔振特性进行分析,还论述了其有限元仿真分析中的关键技术以及基本的解决方法; ②根据橡胶悬置用的材料的特性,选取了合适的描述悬置变形特性的材料模型,根据橡胶材料的本构关系力学试验数据,通过有限元分析软件,应用最小二乘法拟合得到橡胶材料参数; ③针对某橡胶悬置实物,利用三维建模软件UG建立橡胶悬置的三维几何模型,然后利用网格划分软件ANSA对橡胶进行网格划分,建立橡胶分析的有限元模型,施加边界条件和载荷,对橡胶进行有限元静刚度特性分析,并将得到的静刚度与实验数据进行对比,表明了悬置有限元分析模型的正确性和橡胶材料参数的合理性; ④通过对橡胶悬置结构的分析,确定本次需要进行结构设计的衬套式悬置橡胶体的主要形状参数,并通过有限元分析计算,对这些主要形状参数进行灵敏度分析。结果表明:橡胶体的轴向厚度tz对悬置的刚度影响最大,其次是橡胶体的宽度ts,而橡胶体的径向厚度tr的改变对刚度的影响很小; ⑤运用所提出的非线性有限元、神经网络和遗传算法相结合的优化设计方法,以动态优化设计的悬置的刚度值为目标,对本次设计车型的橡胶悬置进行结构优化设计,优化结果和试验的对比表明,运用的橡胶悬置元件结构的优化设计方法是可行的。


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