某重型卡車疊層橡膠彈簧有限元分析及穩(wěn)健設(shè)計(jì).pdf

1、隨著我國(guó)重型卡車工業(yè)的飛速發(fā)展，作為影響重型卡車安全性、舒適性和使用壽命的卡車懸架系統(tǒng)的重要性得到日益的凸顯。為了獲得良好的隔振減振效果，新型的懸架系統(tǒng)不斷開(kāi)發(fā)和應(yīng)用到重型卡車上，其中橡膠懸架由于其具有自重輕、免維護(hù)、性能優(yōu)越等一系列特點(diǎn)而受到越來(lái)越多的關(guān)注。生產(chǎn)廠家需要根據(jù)用戶的需求不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)橡膠懸架中的關(guān)鍵元件橡膠彈簧，而目前傳統(tǒng)的橡膠彈簧的設(shè)計(jì)方法難以滿足快速變化的市場(chǎng)需求。虛擬樣機(jī)技術(shù)盡管為橡膠彈簧的設(shè)計(jì)提供了一種有效的解決途

2、徑。但是，基于有限元分析技術(shù)的橡膠彈簧設(shè)計(jì)過(guò)程中仍然存在著橡膠材料本構(gòu)模型的快速建立、不同橡膠材料本構(gòu)模型的比較分析、橡膠本構(gòu)模型材料參數(shù)的精確確定以及如何將穩(wěn)健性設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于橡膠彈簧的設(shè)計(jì)過(guò)程中等諸多難題。
　　 本文首先詳細(xì)敘述了在汽車橡膠元件有限元分析中應(yīng)用廣泛的橡膠線彈性本構(gòu)模型和幾種橡膠超彈性體本構(gòu)模型，在此基礎(chǔ)上介紹了傳統(tǒng)試驗(yàn)方法確定橡膠材料本構(gòu)模型中材料參數(shù)的求解過(guò)程，并重點(diǎn)研究了基于橡膠硬度確定線彈性本構(gòu)模型和

3、Mooney-Rivlin本構(gòu)模型中材料參數(shù)的快速計(jì)算方法。
　　 基于有限元分析軟件ANSYS，針對(duì)隔震橡膠塊變形過(guò)程進(jìn)行仿真模擬，分別建立了線彈性本構(gòu)有限元模型和Mooney-Rivlin本構(gòu)有限元模型，采用基于橡膠硬度確定橡膠材料本構(gòu)參數(shù)的快速計(jì)算方法來(lái)獲得材料參數(shù)，獲得了兩種常用的本構(gòu)模型對(duì)隔震橡膠塊變形特性的模擬精度，并與已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而確定了Mooney-Rivlin模型在對(duì)橡膠元件的有限元模擬過(guò)程中具有

4、更高的精度。
　　 通過(guò)建立疊層橡膠彈簧的有限元模型，對(duì)橡膠材料Mooney-Rivlin本構(gòu)模型的材料參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步研究，獲得了一系列不同C01/C10比值下的疊層橡膠彈簧垂向靜剛度有限元仿真曲線，通過(guò)與試驗(yàn)曲線進(jìn)行對(duì)比和誤差分析，確定了最為吻合試驗(yàn)曲線的橡膠材料參數(shù)，從而建立了較為精確的疊層橡膠彈簧的有限元模型。
　　 對(duì)疊層橡膠彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)：橡膠材料層數(shù)N、傾角α以及橡膠材料直徑D的進(jìn)行了靈敏性分析，在此基

5、礎(chǔ)上確定了穩(wěn)健性設(shè)計(jì)的控制因子與控制水平。針對(duì)目標(biāo)設(shè)計(jì)曲線，將穩(wěn)健性設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于疊層橡膠彈簧垂向靜剛度曲線的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，最終確定了與目標(biāo)設(shè)計(jì)曲線最為吻合的設(shè)計(jì)方案。
　　 本文對(duì)疊層橡膠彈簧進(jìn)行了精確的建模、有限元分析和穩(wěn)健性設(shè)計(jì)，可以應(yīng)用于橡膠元件的建模和改進(jìn)設(shè)計(jì)中去；同時(shí)，整個(gè)分析過(guò)程能夠克服試驗(yàn)條件不足的缺陷，具有較強(qiáng)的可操作性，因而在橡膠元件的工程設(shè)計(jì)中具有一定的應(yīng)用價(jià)值，為橡膠元件的研究和設(shè)計(jì)，提供了值得借鑒的研