添加橡胶块对橡胶衬套动刚度的影响研究.pdf
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1、车辆与动力技术2023年第2 期Vehicle&Power Technology文章编号:10 0 9-46 8 7(2 0 2 3)0 2-0 0 2 0-0 4总第17 0 期添加橡胶块对橡胶衬套动刚度的影响研究曹茹,乡缪亚东(威巴克(无锡)减震器有限公司,无锡2 140 0 0)摘要:橡胶粘弹性参数的识别和合理的仿真简化模型是保障仿真结果可靠性的两个关键因素:文中提供了如何获取ABAQUS中橡胶粘弹性模型的材料参数方法,并建立了完善的橡胶衬套动刚度有限元分析模型结果表明橡胶衬套动刚度曲线的仿真结果与实验结果有很好的相关性,表明建立的材料参数和仿真模型可以有效的模拟橡胶衬套的动态性能在此基
2、础上,采用有限元方法研究了橡胶块(也称为Flap)对橡胶衬套动刚度的影响.研究结果表明,Flap的添加可以有效的抑制衬套主体结构的振动峰值,改善橡胶衬套的动态性能同时还发现,Flap 的结构、位置均对衬套动刚度有一定的影响.关键词:橡胶块,动刚度,有限元分析,橡胶衬套中图分类号:U463.213The Research of Flap Influence on the Rubber Bush Dynamic Stiffness文献标识码:ACAO Ru,NMIAo Yadong(Vibracoustic(W u x i)Vi b r a t i o n I s o l a t o r s Co
3、.,Lt d.,W u x i 2 140 0 0,Ch i n a)Abstract:The viscoelastic rubber and a reasonable simulation model are the two key factors for reliablesimulation results.This paper provides a method to obtain the rubber viscoelastic parameter in ABAQUSand creates an FEA model to simulate the rubber bush dynamic
4、stiffness.It shows that the FEA resultshad a good correlation with the test results and demonstrates that the material parameter and FEA modelare reliable to simulate the rubber bush dynamic stiffness.Based on this,some research is performed tofind how the small rubber block(called Flap)would impact
5、 the bush dynamic performance.The resultsindicate that the flap could improve the bush s dynamic performance by restraining the main rubberelement vibration.Besides,it finds that the structure and position of the flap also have effects on the bushdynamic stiffness.Key words:flap,dynamic stffness,FEA
6、,rubber bush随着生活水平的日益提高,人们对汽车的NVH(n o i s e,v i b r a t i o n a n d h a r s h n e s s,即噪声、振动和声振粗糙度)性能有了越来越高的要求汽车在行驶过程中,会受到各种各样的动载荷当动载荷与车身的动力学特性接近,即动载荷的某分量与车身的某阶模态的固有频率接近时,将可能引发结构共振产生较高的动应力,易导致车身的疲劳破坏汽车动力总成是汽车主要的振动激励源之一,发动机动不平衡性及燃烧波产生的振动并不是直接传给车身,而是经悬置系统减振后传给车身1 动力总成悬置系统可以衰减路面激励引起的动力总成振动、控制动力总成的位移和转角
7、,减少动力总成振动向车身的传递2 ,所以悬置系统的减振效果直接影响汽车的平顺性和乘坐舒适性.橡胶衬套是汽车悬置系统最主要的减振件,随着纯电动汽车和混合动力汽车的发展,应用于电机悬置的橡胶衬套应用更加广泛汽车悬置的弹性运动及高频传递特性与橡胶衬套的静态、动态力学性收稿日期:2 0 2 2-0 8-10作者简介:曹茹(19 8 9)女,工程师,研究方向为汽车减震器第2 期能紧密相连3 因此,了解橡胶衬套的静态和动态性能对汽车的NVH性能的改善有重要的影响静态性能主要满足隔振系统的位移控制要求,而动态性能主要为了隔振系统的振动控制要求4 目前,人们对橡胶衬套静态性能已经有了比较成熟的认识,但是动态特
8、性比较复杂,随激励频率、激励振幅和环境温度而变化5 橡胶衬套动态特性的研究一直是目前汽车悬置研究的热点6-8 1.有限元分析(FiniteElementAnalysis,FEA)作为一种仿真方法已经被广泛地应用于工业生产中搭建可靠的仿真方法可以准确地预估产品性能,用于前期的新品开发,节省资源,缩短开发周期对于橡胶衬套的动态特性仿真,橡胶粘弹性参数的识别和合理的衬套仿真简化模型是获取可靠仿真结果的两个关键因素文中建立了详细可靠的橡胶粘弹性参数识别方法和简化的橡胶衬套仿真模型并与实测结果对比验证了材料参数和仿真模型的可靠性,可以用于指导产品前期的设计随后又将其应用于实际案例中,利用该模型探索了小橡
9、胶块(Flap)的添加对橡胶衬套动刚度的影响,具有一定的理论和工程实践意义。1(CAE仿真1.1材料定义橡胶材料的动态特性除了受其本身材料特性的影响外,还与橡胶部件所受载荷的频率和振幅有关,其中与频率的相关性由其粘弹性来决定8 橡胶材料的粘弹性使其具有一定的阻尼,从而能够衰减外加载荷引起的振动如何根据实验数据拟合出有限元分析所需的橡胶材料的粘弹性参数模型,是动刚度仿真的一大难点文中采用的橡胶粘弹性模型是ABAQUS中多参数的广义Maxwell模型,文中主要研究恒定振幅下的橡胶动态性能。图1为我司橡胶多轴向剪切测试样本示意图,其中,矩形橡胶块宽2 0 mm,长2 5mm,厚4mm.橡胶粘弹性材料
10、的动态特性一般采用复模量形式.复剪切模量G*=G+iG,实部为存储模量KG=eS,曹茹等:添加橡胶块对橡胶衬套动刚度的影响研究虚部为损耗模量G二剪切刚度FKcos,一X剪切阻尼FC=sinX式中:e为试样厚度;S为试样截面积;为角频率;X为幅值;F为力;8 为损耗角.25 mm(a)正视图图1橡胶剪切实验样本示意图上述公式无法直接得出ABAQUS中粘弹性材料本构模型所需的材料参数,将其经过傅里叶变换,得到:实部R。(g*虚部I.m(g*其中,G。为准静态剪切模量实验测得的数据可分别绘制出实部与频率关系曲线以及虚部与频率关系曲线,如图2 所示将两条曲线分别用下列函数拟合:实部虚部公式(8)、(9
11、)中,f表示频率,a,b,c 即(1)是ABAQUS中表征橡胶材料粘弹性行为所需的参数根据图2 中的数据,可得到该橡胶的粘弹性参数a=0.8542,b=0.018 6,c=-0.19 8 5.(2):21C,S20 mm4mm(b)侧视图G(a G.)1GR(g*)=b f,Im(g*)=c f-a.(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)22-01x()y-01x(3)l车辆与动力技术5.0移,模拟橡胶预载过程.4.54.03.53.02.52.01.51.00.50020406080100 120 140 160 180200频率/Hz(a)实部与频率关系曲线1.5.(g.)=0.198
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