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橡胶悬置的动刚度分析

橡胶悬置的动刚度分析

随着人们对汽车舒适性要求的提高,各大发动机制造商都提出了提高悬置系统隔振率的动刚度要求。通常的要求是全油门条件下的动态刚度小于某个值。因此,常见结构的动刚度预测在橡胶悬置研制过程中具有重要意义。

国内外许多学者都采用试验或计算方法或两者的结合来预测橡胶件的动态刚度。在大变形情况下,动刚度的增长趋势与小变形时不同。建立底盘衬套模型,该模型可以模拟在大范围静态和动态载荷下的刚度和阻尼特性。假设某一频率下的动静比是恒定的,并使用橡胶悬置试验柱在某一频率和应变水平下的试验数据来确定橡胶材料在规定频率和应变水平下的动静比,并利用动静态比预测橡胶件的动刚度。Dean和G研究了炭黑填充橡胶在小应变下的动态刚度在频率、应变幅值和温度上的变化。通过试验研究了预紧力、振幅和频率对橡胶动态刚度的影响。研究了橡胶配方对橡胶动静态比的影响。方法来测试材料在高频预剪切和预压缩下的动态特性参数,并指出预压缩对动态性能的影响远大于预剪切。由于经验模型的几何相关性,当橡胶零件的几何发生变化时,仍需进行大量试验。采用有限元法和经验模型相结合的方法,预测了橡胶衬套在0~50Hz激励频率和不同振幅下的动态刚度,大大减少了试验次数和计算成本。

预测预载橡胶悬置动态特性的挑战是:

1) 橡胶材料的粘弹性和非线性特性。

2) 预载引起的初始变形会影响橡胶悬置的动态特性。

3) 动态特性的几何相关性。通过试验和仿真计算,研究了300Hz以下两种常见结构型式在小振幅、大预载作用下的动刚度预测方法。

动刚度与频率的相关性测试与分析:

为了研究动刚度与频率之间的一般关系,分别以±0.01mm的振幅和1~700Hz的频率对试样和典型零件的动刚度进行了测试。对于试样模型,试样中间的金属板的一端固定,另一端施加激振力F。对于试验中使用的十字肋衬套模型,将零件的外圈固定,并在铁芯内部施加激励振幅,以测试其动态刚度。

动刚度与预载的相关性:

为了研究动刚度与预紧力之间的关系,对两种常见预紧件在固定频率下的动刚度进行了测试。它们是分别测试的第1部分和第2部分的模型。这两个部件在约5000n的预载下静刚度小,动静态比低。从试验结果可以看出,预载对动静比的影响是波动的,但总体趋势是预载越大,动静比越大。

为了进一步研究预紧力对动静态比的影响,建立了有限元模型,分析了大预紧力作用下的应力应变分布。结果表明,介质压力应变对动力特性的影响远大于剪切应变对动力特性的影响。