液阻型橡胶衬套动力学特性的实验与计算方法研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hansenhuang1983
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为了控制来自发动机、变速器、路面及车轮不平衡等干扰激励引起的振动及噪声,提高车辆的安全性、舒适性及操纵稳定性,衬套型橡胶隔振器在发动机动力装置、车身及底盘悬架上得到广泛的应用。与典型的橡胶衬套相比较,液阻衬套可在特定频率范围内提供较大的粘性阻尼。现阶段,与国外橡胶隔振器厂家相比,国内厂商自主设计开发液阻衬套的能力较弱,有必要对液阻衬套的相关设计理论及关键技术问题进行全面深入的研究。本文的具体工作如下:(1)采用解析的方法对液阻衬套及液阻悬置的作用机理进行对比分析。比较两者的连续方程、动量方程及传递力方程;通过分析对应的等效机械模型,对比了两种液阻隔振器惯性通道内液体的等效质量及阻尼的放大倍数;通过惯性通道内流量响应及液室内压强响应,阐释了两者作用机理的差别;对比了液阻衬套与液阻悬置特征参数点及阻尼比的取值范围;提出利用统一集总参数模型对两种液阻橡胶隔振器动力学特性进行分析的方法,为两种液阻隔振器的改型设计提供参考。(2)以单惯性通道式、双惯性通道式、堵塞液体通道式、惯性通道与孔口通道并联式及双孔口通道式控制臂液阻衬套为研究对象进行了系统、深入地实验分析。测试了不同结构液阻衬套的静、动态特性及内特性;研究了激振频率、激振振幅及预载荷对橡胶主簧及多液体通道式液阻衬套动力学特性的影响;比较了不同结构液阻衬套的作用机理。此外,以副车架液阻衬套为分析对象,分析了温度(-30℃、24℃、80℃)及预载对液阻衬套静、动态特性的影响。所得到的对比结果与讨论,对液阻衬套产品的开发及试验评价具有借鉴价值。(3)探讨了应用流固耦合(Fluid Structure Interaction,FSI)非线性有限元分析技术预测与不变特征点理论辨识液阻衬套模型参数的计算方法,使系统模型物理参数的确定不完全依赖试验测试;建立不同频率下多通道-多节流孔式液阻衬套的统一的集总参数模型,对不同结构形式液阻衬套的动特性及滞后角的峰值频率进行了计算,并与实验值进行对比,验证了模型的有效性;通过改变液体通道的数目,分析液阻衬套动特性变化的规律。结果表明,随惯性通道数目的增大,具有n个相同尺寸多惯性通道式液阻衬套动刚度及滞后角的峰值及所对应的峰值频率增加。但随惯性通道数目的增多,对具有孔口通道式多通道液阻衬套的动特性的性能影响较小,而随孔口通道数目增多,动刚度的最大峰值降低,所对应的峰值频率增加,同时滞后角的峰值减小,而峰值所对应的频率增加。采用文中的分析方法及得到的结论,可对液体通道形状及数量等参数对液阻衬套动态力学性能的影响进行分析,实现液阻衬套的优化设计。(4)测试超弹性材料在不同温度(-30℃、23℃及80℃)下对应的应力-应变曲线,拟合得到了高温下橡胶材料的本构参数;采用FSI非线性有限元分析的方法,对液阻衬套的模型参数进行了辨识,并与依据不变特征点解析分析得到的参数进行了对比,两者吻合较好;对不同温度下的模型进行分析,并与实验结果对比,验证模型的有效性。分析结果表明,温度对橡胶主簧及液体都有较大的影响。随温度的增加,橡胶主簧在相同应力作用下,应变增大,液阻衬套滞后角的峰值增大;温度增大,衬套内液体的粘度减小;当环境温度降低到一定程度,液阻衬套滞后角的峰值减小。
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