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毕业论文网 > 文献综述 > 理工学类 > 能源与动力工程 > 正文

橡胶隔震器的设计及其影响因素分析文献综述

 2020-04-14 09:04  

1.目的及意义

随着汽车产业的不断发展,汽车的性能评价指标已不仅局限于动力性和燃油经济性,如制动性、操纵稳定性、行驶平顺性、舒适性、通过性以及排放和噪声等性能评价指标也越来越成为人们购车时的考虑因素,影响人们的选择。而橡胶隔振器作为汽车中最为主要的隔振元件,在汽车各隔振系统中都扮演着非常重要的角色,对操纵稳定性、舒适性和噪声等性能评价指标都有着重大影响。汽车橡胶隔振器的设计优化也成为汽车整车优化的一个重要课题。

目前应用最多的一类橡胶隔振器以金属件为骨架,橡胶为弹性元件,用硫化粘结在一起制成,多用于机器隔振。荷载较大时,做成承压式;较小时做成剪切型。橡胶隔振器的主要特点是:制造方便,且可制成各种形式,以便自由选取三个方向的刚度;具有适量的阻尼,可以吸收振动能量,尤其是高频振动能量;振动机械在通过共振区时,甚至在接近共振区时也能安全地使用,不会产生过大的振动;能使高频的结构噪声显著降低,对控制噪声极为有利;抗冲击性能也较佳。另外目前较先进的橡胶隔振器有金属橡胶隔振器和液阻型橡胶隔振器等。

利用有限元分析方法对橡胶隔振器的静态特性和动态特性进行研究是橡胶隔振器优化设计的重要方法。通过实验获得橡胶材料试片在各种受力状态下的应力-应变曲线,基于超弹性本构模型采用最小二乘法拟合模型参数,将模型参数作为有限元分析的输入以预测橡胶隔振器的静态特性,计算三向静刚度,并通过橡胶隔振器的静、动态特性实验加以验证。建立超弹性-粘弹性-弹塑性模型,对橡胶隔振器的动态特性进行预测,并与实验结果进行比较进行验证。

国内外研究人员对于橡胶隔振器的研究分析工作如下。

秦四成,于海威等人采用非谐振法进行车用橡胶隔振器的动态性能试验,分析了隔振器动刚度K’和损耗因子η随频率、动力幅、预载等因素的变化规律。试验结果表明,橡胶隔振器动刚度K’随频率变化呈增长趋势变化,损耗因子η在不同动力幅下变化趋势有所不同;橡胶隔振器动刚度K’和损耗因子η随动态力幅的变化在不同频率范围内具有不同变化趋势;静态预载对橡胶隔振器动刚度K’及损耗因子均有影响,在一定范围内随预载减小,动刚度K’增加,损耗因子η也随之增加。

浙江工业大学的潘孝勇对橡胶隔振器的静态特性和动态特性进行了研究并建立了一种基于超弹性、分数导数和摩擦模型计算结果叠加的描述橡胶隔振器动态特性的模型。通过实验获得试片在各种受力状态下的应力-应变曲线,应用最小二乘法拟合获得橡胶超弹性本构模型参数,计算橡胶隔振器三向静刚度,研究隔振器静态特性。利用超-粘弹性模型和实验方法研究恒振幅激励下橡胶隔振器的动态特性。建立橡胶材料弹塑性模型,模型参数识别方法,结果叠加法和网格叠加法用于变振幅激励下的橡胶隔振器动态特性计算。建立基于橡胶材料动态特性振幅相关性计算模型的液阻橡胶隔振器动态特性计算分析方法。建立基于超弹性、分数导数和摩擦模型计算结果叠加的描述橡胶隔振器动态特性的模型,可以更为准确的描述橡胶隔振器动态特性与激振振幅、急诊频率和预载等的相关性。模型在单自由度系统中应用时计算结果可以取得与实际结果较好的一致性。

周振凯,徐兵,胡文军,韦利明,牛伟等人基于超弹性本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS建立橡胶隔振器大变形有限元模型,研究橡胶隔振器的静态力学性能。获得隔振器在拉伸、压缩、剪切状态下的数值模拟形貌图及采用不同材料试验数据的位移-载荷曲线图,并与试验结果的形貌图和位移-载荷曲线图进行对比,得到三种状态下,填充橡胶隔振器超弹性本构模型的最优材料数据类型。拉伸下应选择单轴拉伸 纯剪切组合的材料试验数据;压缩下应选择单轴压缩 纯剪切组合的材料试验数据;剪切状态下应选择拉伸 压缩 纯剪切三者组合的材料试验数据。

孙伟,李以农,刘万里,郑玲等人针对应用于某精密仪器的橡胶隔振器进行了动态特性研究。通过对橡胶超弹性材料进行有限元建模分析,得到隔振器的硬非线性刚度特性,采用最小二乘法拟合得到隔振器非线性刚度系数,以此为基础提出了隔振器非线性动力学模型的建立方法,并结合谐波平衡法和矢量合成法仿真计算了隔振器在基础振动激励下的稳态响应,最后对所设计的隔振器进行了实验研究。计算结果和实验结果一致性较好,不仅说明所设计的隔振器具有良好的隔振缓冲能力,而且验证了隔振器非线性动力学模型的正确性及有效性。

吴杰,上官文斌,潘孝勇等人基于本构模型叠加的方法,建立填充橡胶材料的超弹性-粘弹性-弹塑性本构模型。利用橡胶试件的简单剪切试验数据拟合得到模型参数,分别建立对应于超弹性、粘弹性和弹塑性本构模型的有限元分析模型,然后将三种有限元模型的结点进行“粘结”,叠加三种有限元模型的网格,形成类似于一维流变模型的三维弹性-粘弹性-弹塑性有限元分析模型,对某橡胶悬置的动态特性进行了计算,并与试验数据进行了对比分析。结果表明,所建立的超弹性—粘弹性—弹塑性模型可以较好地表征橡胶材料动态特性的振幅相关性和频率相关性,可用于橡胶隔振器动态特性的预测与优化设计。

廖中文,王海林等人利用仿真力学分析软件Analysis作为平台,对比分析了普通橡胶隔振器与液阻橡胶隔振器的性能特点,发现液阻橡胶隔振器的动态性能优于普通橡胶隔振器,主要表现在动刚度特性、阻尼角特性和振动加速度特性。通过实车测试同样发现,液压衬套对比普通橡胶衬套具有更好的隔振效果,对车辆NVH的改善效果较为明显。实车测试结果与仿真分析结果较为一致,表明了液阻橡胶隔振器的优越性。

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