橡胶隔振器疲劳寿命预测与试验方法研究

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汽车橡胶隔振器在随机载荷循环作用下,其橡胶部位容易发生疲劳失效。橡胶疲劳失效不仅影响橡胶结构件的隔振效果,而且影响整车的行驶安全性。为了确保橡胶结构件的质量及其服役期间的安全性,须掌握橡胶材料的疲劳特性。论文以填充天然橡胶结构件为研究对象,开展了橡胶疲劳寿命预测方法和加速耐久性试验方法的研究。主要研究内容如下:(1)以填充天然橡胶硫化而成的哑铃形试柱为试验对象,开展了23组不同应变比R水平下的单轴疲劳试验。根据疲劳试验数据,建立了在R=0时的橡胶材料寿命预测模型。为使建立的模型能适用R≠0的工况,引入多项式模型、指数模型、幂函数模型和幂指混合模型,将R≠0载荷工况下的应变幅值和应变均值转换为等效应变幅值。建立了考虑应变比效应的等效应变幅值计算模型,并以其为损伤参量建立了橡胶疲劳寿命预测模型。实现了不同应变比工况下橡胶结构件疲劳寿命预测。(2)根据疲劳试验数据,建立了基于极限学习机的橡胶疲劳寿命预测模型。极限学习机模型以应变幅值和应变均值为输入变量,以橡胶疲劳寿命为输出变量。针对极限学习机中随机生成的输入权值和隐含层阈值导致模型预测效果差的问题,介绍了蜻蜓算法来搜寻极限学习机的最优参数组合。为了比较优化效果,分别采用遗传算法和粒子群算法对极限学习机模型进行优化。研究发现基于蜻蜓算法优化的极限学习机模型具有较高的预测精度。(3)为了提高汽车零部件耐久性台架试验效率,研究了一种基于经验模态分解的载荷谱时频编辑方法。首先采用经验模态分解将载荷谱分解成若干个本征模函数分量;其次对本征模函数分量进行希尔伯特变换,得到载荷谱的瞬时能量谱;最后以瞬时能量谱为依据设定阈值,识别并删除载荷谱中损伤贡献较小的时间片段,从而缩短载荷谱的时间长度。分别从时间压缩量、损伤保留、穿级计数、雨流统计和统计参数等几个方面对载荷谱的编辑效果进行评价。研究发现,在相同伪损伤保留量下,相较于基于损伤保留编辑法,基于经验模态分解编辑方法获得的载荷谱的时间减少比例更大。缩减载荷谱在穿级计数、雨流统计及统计参数等方面均与原始载荷谱相吻合。同时通过悬置耐久性台架试验,验证了所提方法获得的缩减载荷谱与原始载荷谱具有相同的加载效果。
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