橡膠懸置的案例
橡膠懸置六面體網(wǎng)格劃分方法 ￥1
橡膠懸置在使用中受到壓縮、剪切等大變形的周期載荷作用，處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，疲勞破壞是其主要失效形式之一[2]。為了保證橡膠懸置的可靠性和縮短橡膠懸置的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，需要對(duì)橡膠懸置的疲勞壽命預(yù)測(cè)方法展開(kāi)研究。為了在ABAQUS中計(jì)算獲得用于預(yù)測(cè)橡膠懸置疲勞壽命的三種損傷參量：應(yīng)變能密度、最大主G-L應(yīng)變、有效應(yīng)力。對(duì)橡膠懸置的網(wǎng)格劃分要一定的要求，經(jīng)過(guò)分析和測(cè)試的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，劃分為六面體網(wǎng)格或計(jì)算得到的結(jié)果對(duì)疲勞壽命的預(yù)測(cè)更為準(zhǔn)確，而如何劃分好復(fù)雜形狀的橡膠懸置元件的六面體網(wǎng)格。網(wǎng)上很難找到相關(guān)資料，這里就對(duì)劃分過(guò)程做了一個(gè)簡(jiǎn)單的PPT，希望能夠幫到大家。
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展開(kāi) 輕型客車(chē)橡膠懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究
上海交大的研究生論文
輕型客車(chē)橡膠懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.part1.rar
輕型客車(chē)橡膠懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.part2.rar
輕型客車(chē)橡膠懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.part3.rar
輕型客車(chē)橡膠懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.part4.rar
基于ABAQUS的橡膠懸置膠合件剛度仿真計(jì)算
橡膠懸置膠合件作為發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的重要組成部分，其靜態(tài)力學(xué)特性對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性起著重要作用，同時(shí)也是進(jìn)行橡膠懸置動(dòng)態(tài)特性預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。然而由于橡膠懸置復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)形狀以及橡膠材料復(fù)雜的非線性特性，目前并沒(méi)有理想的模型或解析公式可以準(zhǔn)確地描述其彈性特性與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，因而橡膠懸置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也沒(méi)有確定的方法，大多采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)修正的方法。
本文將以一個(gè)懸置膠合件仿真的實(shí)例講解一下如何利用ABAQUS來(lái)獲取其三個(gè)方向的靜態(tài)特性。所用膠合件的數(shù)模圖如圖1所示。其設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)注的三向剛度如表1所示，膠料硬度是邵氏50±5度。
圖1 膠合件結(jié)構(gòu)
表1設(shè)計(jì)要求
1、 網(wǎng)格劃分
采用HYPERMESH對(duì)圖一懸置進(jìn)行網(wǎng)格劃分到的有限元模型如圖2所示。
2、材料設(shè)置
把劃分好的網(wǎng)格導(dǎo)入ABAQUS中，設(shè)置其材料參數(shù)，由于不同本構(gòu)模型對(duì)橡膠懸置膠合件剛度計(jì)算結(jié)果有一定的影響。結(jié)合何小靜，上官文斌發(fā)表的《橡膠隔振器靜態(tài)力－ 位移關(guān)系計(jì)算方法》一文的研究結(jié)果表明，Mooney-Rivlin 模型的計(jì)算精度最高，其相對(duì)誤差均小于10%，所以本文采用M-R模型進(jìn)行計(jì)算。50度膠料的M-R材料常數(shù)C10=0.2969，C01=0.0584。
3、剛度求解
3.1求解X方向剛度
按表 1要求，做如下設(shè)置：在Z方向先預(yù)載8mm，再在X向加載500N。取值0~5.6mm,對(duì)X向靜剛度進(jìn)行求解。
展開(kāi) 某汽車(chē)動(dòng)力總成橡膠懸置疲勞計(jì)算
1 引言
動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)重要功能之一是動(dòng)力總成支撐和定位的作用。根據(jù)整車(chē)空間及減振的需要，發(fā)動(dòng)機(jī)被支撐在幾個(gè)懸置上，在發(fā)動(dòng)機(jī)本身振動(dòng)和外界作用力驅(qū)動(dòng)下，發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤(pán)之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此懸置系統(tǒng)具有控制發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)和位移的功能，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持在相對(duì)穩(wěn)定和正確的位置上，而不能讓發(fā)動(dòng)機(jī)在各方向運(yùn)動(dòng)中與底盤(pán)、車(chē)身上的零件產(chǎn)生干涉和觸碰。對(duì)于懸置系統(tǒng)而言，其疲勞性能的好壞對(duì)整車(chē)性能影響極大，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。橡膠懸置的疲勞破壞形式以橡膠主簧失效居多，因此橡膠主簧的疲勞對(duì)整個(gè)懸置系統(tǒng)的壽命起著決定性的作用。今年來(lái)隨著有限元技術(shù)的不斷成熟，用有限元法來(lái)分析橡膠材料的疲勞破壞被各國(guó)學(xué)者廣泛采用。某動(dòng)力總成橡膠懸置在臺(tái)架疲勞中出現(xiàn)橡膠主簧斷裂現(xiàn)象，如圖1 所示。由圖可知，橡膠主簧斷裂處位于主簧下側(cè)圓角處。此懸置臺(tái)架疲勞要求在特定的疲勞工況及特定的試驗(yàn)頻率下，橡膠主簧40 萬(wàn)次不出現(xiàn)裂紋，但是試驗(yàn)懸置在27 萬(wàn)次時(shí)失效，出現(xiàn)橡膠主簧斷裂現(xiàn)象。
圖1 失效橡膠懸置疲勞斷裂示意圖
針對(duì)此問(wèn)題，首先采用ABAQUS 對(duì)失效懸置進(jìn)行剛度與應(yīng)變進(jìn)行分析，找出失效懸置主簧斷裂與有限元計(jì)算結(jié)果之間的一致性；然后根據(jù)失效懸置與計(jì)算結(jié)果對(duì)原懸置重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并利用ABAQUS 預(yù)測(cè)新結(jié)構(gòu)懸置的應(yīng)變與疲勞特性；最后通過(guò)臺(tái)架疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證此懸置的實(shí)際壽命。
2 失效懸置有限元分析
2.1 模型描述
此懸置為某汽車(chē)動(dòng)力總成前懸置，懸置外管與動(dòng)力總成側(cè)支架固連接，懸置芯子與車(chē)身側(cè)支架固連接，如圖2 所示。
展開(kāi) 
運(yùn)用達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA Isight進(jìn)行橡膠懸置材料參數(shù)反求
1、綜述
對(duì)橡膠制品進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)分析需要用到橡膠超彈性本構(gòu)模型，需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)式樣進(jìn)行單軸拉伸、平面拉伸、雙軸拉伸等試驗(yàn)，代價(jià)較高。根據(jù)橡膠懸置的剛度試驗(yàn)結(jié)果，在Isight中集成Abaqus，實(shí)現(xiàn)橡膠超彈性本構(gòu)模型參數(shù)優(yōu)化，從產(chǎn)品剛度試驗(yàn)反推橡膠材料參數(shù)。
2、有限元模型
懸置結(jié)構(gòu)如圖1，金屬內(nèi)圈耦合到中心點(diǎn)上，用于施加載荷。采用六面體網(wǎng)格劃分，橡膠采用C3D8H、C3D6H單元，金屬采用C3D8I單元。橡膠采用Mooney-Rivilin模型，初始值根據(jù)橡膠硬度確定，C10=0.384，C01=0.027。金屬采用彈性材料，彈性模量為205000MPa。摩擦系數(shù)為0.3。
圖1 懸置結(jié)構(gòu)
懸置加載過(guò)程分為2步。Step1 懸置安裝，外圈沿徑向收縮1.5mm，需要建立圓柱坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)。Step2 懸置加載，給rigid耦合點(diǎn)沿+z方向6.8mm位移，輸出Step2中加載點(diǎn)的力和位移。
加載過(guò)程動(dòng)畫(huà)如圖2，加載結(jié)束后的Mises應(yīng)力如圖3(a)，力位移曲線如圖3(b)。在預(yù)載的作用下，加載點(diǎn)的初始位置發(fā)生了改變，因此在算剛度時(shí)應(yīng)減去初始位移。
展開(kāi) 增程式電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)及懸置解耦設(shè)計(jì)
作為解耦計(jì)算的方法，懸置系統(tǒng)解耦計(jì)算可采用類(lèi)似純電動(dòng)車(chē)或傳統(tǒng)燃油車(chē)輛計(jì)算方法；增程式電動(dòng)車(chē)相比純電動(dòng)車(chē)或傳統(tǒng)燃油車(chē)輛不同之處在于，由于其激勵(lì)源特性，其解耦結(jié)果判斷標(biāo)準(zhǔn)，需要避開(kāi)的頻率需要特殊設(shè)計(jì)。
圖3 懸置6自由度和13自由度解耦模型舉例
增程式電動(dòng)車(chē)動(dòng)力總成及懸置系統(tǒng)解耦結(jié)果的避頻原則建議如下，需要注意的是，基于驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩響應(yīng)快的特點(diǎn)，需合理設(shè)計(jì)懸置襯套剛度以達(dá)到控制動(dòng)力總成位移量及瞬態(tài)響應(yīng)，這可能造成解耦頻率較高，從而與車(chē)身模態(tài)、增程器工作工況點(diǎn)共振的風(fēng)險(xiǎn)；而增程器發(fā)動(dòng)機(jī)的往復(fù)慣性力和爆震的振動(dòng)噪聲隔離要求，需要對(duì)動(dòng)力總成懸置的隔振性能進(jìn)行優(yōu)化，可能造成需要解耦頻率較低，從而與驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)懸置系統(tǒng)的要求造成矛盾。
偏頻
簧下固有頻率
人體前后方向敏感頻率：4Hz
人體胃部上下固有頻率：8Hz
剛體模態(tài)之間固有頻率需隔離1Hz以上
增程器發(fā)動(dòng)機(jī)各工況點(diǎn)頻率
增程式發(fā)電機(jī)各工況點(diǎn)頻率
驅(qū)動(dòng)電機(jī)/減速器階次頻率（無(wú)法完全隔開(kāi)，但可避開(kāi)常用或敏感頻率）
空壓機(jī)運(yùn)行頻率
真空泵運(yùn)行頻率
車(chē)身模態(tài)
其他……
解決驅(qū)動(dòng)電機(jī)與增程器發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)懸置系統(tǒng)的不同要求，一般方法為設(shè)計(jì)一個(gè)較高的繞驅(qū)動(dòng)軸方向模態(tài)和一個(gè)較低的Z向平動(dòng)模態(tài)。具體到懸置系統(tǒng)布置和設(shè)計(jì)方面，一個(gè)較常用的推薦為增程器發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)布置液壓懸置，減速器前后方向各布置一個(gè)橡膠懸置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)側(cè)布置一個(gè)橡膠懸置；另外一種較為常見(jiàn)的布置型式為在常用的左右后懸置之外，布置一個(gè)拉桿懸置限制動(dòng)力總成扭轉(zhuǎn)沖擊和位移。
圖4 懸置布置舉例
展開(kāi) 大客車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)懸置機(jī)構(gòu)優(yōu)化仿真
摘要
：改進(jìn)大客車(chē)常用曲軸連桿式空調(diào)壓縮機(jī)懸置機(jī)構(gòu)，基于與汽車(chē)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的相似性，考慮發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和帶傳動(dòng)對(duì)壓縮機(jī)振動(dòng)影響，建立壓縮機(jī)總成—發(fā)動(dòng)機(jī)集總參數(shù)模型。以系統(tǒng)能量解耦率為優(yōu)化目標(biāo)，系統(tǒng)固有頻率和懸置剛度約束作為約束條件，懸置的三向剛度值為設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。基于ADAMS建立壓縮機(jī)總成—發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)模型，仿真結(jié)果表明懸置機(jī)構(gòu)改進(jìn)后壓縮機(jī)振動(dòng)減弱，優(yōu)化后懸置支反力、壓縮機(jī)質(zhì)心縱向位移和繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸角加速度明顯下降，證明改進(jìn)懸置機(jī)構(gòu)和優(yōu)化方法對(duì)壓縮機(jī)隔振的可行性和有效性。
關(guān)鍵詞
：振動(dòng)與波；空調(diào)壓縮機(jī)；懸置機(jī)構(gòu)；動(dòng)力學(xué)仿真；大客車(chē)；解耦率
壓縮機(jī)是大客車(chē)空調(diào)系統(tǒng)核心部件，其中曲軸連桿式壓縮機(jī)由于制造技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)加工材料和加工工藝要求低、制冷量大等特點(diǎn)多應(yīng)用在大型客車(chē)上[1]，如圖1所示。但其在工作過(guò)程中會(huì)有較大的振動(dòng)，所以必須安裝有相應(yīng)的懸置機(jī)構(gòu)。
目前國(guó)內(nèi)普遍采用如圖2 所示的懸置機(jī)構(gòu)，壓縮機(jī)總成安裝在可繞支架芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)的底座上，減振彈簧吸收發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、保持皮帶張緊[2-4]。由于減振機(jī)構(gòu)無(wú)法吸收壓縮機(jī)自身產(chǎn)生的振動(dòng)，且與車(chē)身剛性連接，振動(dòng)直接傳遞至車(chē)身，極大降低大客車(chē)NVH性能和乘坐舒適性。
1 改進(jìn)后的懸置機(jī)構(gòu)
針對(duì)目前國(guó)內(nèi)大客車(chē)壓縮機(jī)懸置機(jī)構(gòu)無(wú)法降低、吸收壓縮機(jī)自身振動(dòng)的缺點(diǎn)，對(duì)懸置機(jī)構(gòu)作相應(yīng)的改進(jìn)。改進(jìn)后的壓縮機(jī)懸置機(jī)構(gòu)用橡膠塊替代支架芯軸機(jī)構(gòu)，壓縮機(jī)總成通過(guò)橡膠塊和張緊彈簧柔性地和車(chē)身相連接，如圖3所示。
展開(kāi) 你會(huì)提取減振器、擺臂、懸置等橡膠件的曲線坐標(biāo)嗎？
本文主要是為剛接觸底盤(pán)設(shè)計(jì)不久的新人服務(wù)的，如果你已經(jīng)是老資格的攻城獅可以忽略本方法。
不知各位攻城獅在設(shè)計(jì)的時(shí)候是否遇到過(guò)這樣的問(wèn)題，想對(duì)標(biāo)某個(gè)零件的剛度曲線時(shí)，卻無(wú)奈于只有圖片，無(wú)具體數(shù)值？這時(shí)你是否為如何得到這些數(shù)值而煩惱？其實(shí)方法有很多，這里小編告訴大家一個(gè)簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法。
首先大家需要下載一個(gè)小軟件“GetData Graph Digitizer”，安裝方法很簡(jiǎn)單，下載后大家可以百度安裝。安裝好后打開(kāi)該軟件，界面如下圖所示。
打開(kāi)之后點(diǎn)擊左上角紅圈內(nèi)圖標(biāo)，選取你想要轉(zhuǎn)化的圖片，如下圖所示。
打開(kāi)圖片之后，點(diǎn)擊“Operations”，選擇“Set line color”，如下圖所示。選擇之后把鼠標(biāo)移動(dòng)到曲線上，這時(shí)右下角會(huì)有鼠標(biāo)局部放大圖，可以從右下角處觀察曲線細(xì)節(jié)，點(diǎn)擊曲線之后會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，點(diǎn)擊確定即可。
然后點(diǎn)擊“Operations”，選擇“Set background color”，之后在圖片空白處點(diǎn)擊，會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，直接確定即可。
曲線和背景設(shè)置好后，下面我們來(lái)設(shè)置一下該曲線的正確坐標(biāo)，點(diǎn)擊“Operations”，選擇“Set the scale”，然后將鼠標(biāo)移動(dòng)到曲線原點(diǎn)附近，通過(guò)右下角放大圖選準(zhǔn)原點(diǎn)位置，然后單擊，這時(shí)會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框“Set X min”，這時(shí)輸入的是X向最小坐標(biāo)值，小編這里是0，如下圖所示。
點(diǎn)擊OK后，接下來(lái)在X軸上較清晰的地方選擇下一個(gè)點(diǎn)“Xmax”，操作方法同上面步驟，設(shè)置好對(duì)應(yīng)數(shù)值后點(diǎn)擊OK。然后依次設(shè)置“Ymin”和“Ymax”，需要注意的是，選點(diǎn)的時(shí)候如果鼠標(biāo)跳動(dòng)過(guò)于厲害，無(wú)法精確選點(diǎn)，我們可以按住“Ctrl”鍵進(jìn)行操作，完成后曲線坐標(biāo)系即建立完成，接下來(lái)就是我們期待已久的讀取各點(diǎn)數(shù)值。
點(diǎn)擊“Operations”，選擇“Point capture
展開(kāi) 網(wǎng)格類(lèi)型對(duì)懸置減振元件有限元計(jì)算的影響研究
懸置系統(tǒng)減振元件被廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)減振系統(tǒng)，如動(dòng)力總成懸置、底盤(pán)襯套和排氣管吊耳等。在這些系統(tǒng)中，減振元件的線性靜態(tài)性能主要為滿足系統(tǒng)的減振性能要求，橡膠減振器的非線性靜態(tài)性能則為滿足系統(tǒng)的位移控制要求。因此，為了滿足系統(tǒng)的減振性能和位移控制要求，須對(duì)零件的結(jié)構(gòu)和橡膠配方進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。所以在設(shè)計(jì)初期，如何利用數(shù)值模擬技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)零件的性能，就變得極為重要。目前對(duì)懸置元件的CAE仿真分析主要包括了靜態(tài)剛度計(jì)算,非線性剛度計(jì)算以及疲勞性能預(yù)測(cè)等內(nèi)容。
對(duì)零件的特性進(jìn)行仿真涉及諸多方面,網(wǎng)格劃分、本構(gòu)模型的選擇、材料模型參數(shù)的獲得、計(jì)算方法的選擇等。本文將在其他參數(shù)都保持不變的情況下探討一下網(wǎng)格類(lèi)型對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。本文所研究的懸置減振元件的UG模型見(jiàn)圖1。
圖1 分析所用懸置彈性元件UG模型
1、本構(gòu)模型
橡膠材料具有幾何和材料雙重非線性，通常情況下體積是不可壓縮的并且橡膠材料的變形是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，伴隨著大位移、大應(yīng)變，且其力學(xué)行為對(duì)溫度、環(huán)境、應(yīng)變歷史、加載速率十分敏感，這樣就使得描述橡膠的行為非常復(fù)雜，所以橡膠材料需定義橡膠的非線性本構(gòu)模型。
描述橡膠的本構(gòu)模型種類(lèi)相當(dāng)多，常用的多項(xiàng)式模型有Mooney-Rivlin模型，Neo-Hookean模型，Ogden模型以及Yeoh模型等。
本研究統(tǒng)一使用Mooney-Rivlin模型, 邵氏硬度50度的橡膠材料參數(shù)為C10=0.2969，C01=0.0584。
展開(kāi) 基于ADAMS的懸置系統(tǒng)整車(chē)剛體模態(tài)解耦分析方法
目前懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)中廣泛利用的6自由度模型，由于忽略了車(chē)身質(zhì)量、懸架和輪胎的剛度等，因此計(jì)算得到的動(dòng)力總成剛體模態(tài)和能量分布與在整車(chē)狀態(tài)下搭建的16自由度模型的計(jì)算結(jié)果有一定差異，特別是解耦率差異很大。但是搭建6自由度模型所需要的輸入?yún)?shù)較少，因此在動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初期，可以用來(lái)進(jìn)行懸置系統(tǒng)的計(jì)算分析。后期到達(dá)一定階段以后，整車(chē)的各種設(shè)計(jì)參數(shù)鎖定，可以獲取整車(chē)的重量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和簧載質(zhì)量等數(shù)據(jù)后，應(yīng)該進(jìn)行一次16自由度模型的校核。本文將以一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明6自由度和16自由度模型計(jì)算結(jié)果的差異，并探討造成差異的原因。
1 已知參數(shù)
本研究汽車(chē)的動(dòng)力總成由右懸置、左懸置和后懸置組成，后懸置為一防扭拉桿。動(dòng)力總成、車(chē)身及非簧載質(zhì)量在其質(zhì)心坐標(biāo)系下的質(zhì)量和慣性參數(shù)如表1示。動(dòng)力總成質(zhì)心、車(chē)身質(zhì)心以及各懸置安裝點(diǎn)在汽車(chē)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)如表2示。各懸置靜剛度值見(jiàn)表3，橡膠懸置的動(dòng)靜比為1.4。三個(gè)懸置的局部坐標(biāo)系分別與動(dòng)力總成坐標(biāo)系平行。各懸架的安裝位置、三向剛度如表4示，各車(chē)輪剛度均取220 N/mm。
2 ADAMS模型搭建
按照表1到表4中的數(shù)據(jù)在ADAMS/VIEW 中分別建立動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)6自由度模型和非簧載質(zhì)量-車(chē)身-動(dòng)力總成16自由度模型，圖1為6自由度動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)模型，動(dòng)力總成與地面之間在三個(gè)懸置點(diǎn)分別用BUSHING 連接。圖2為16自由度模型，非簧載質(zhì)量與地面用螺旋彈簧連接，并限制非簧載質(zhì)量只有垂向自由度，非簧載質(zhì)量與車(chē)身、車(chē)身與動(dòng)力總成之間用BUSHING 連接，并利用利用SPRING模擬四個(gè)車(chē)輛剛度，相應(yīng)參數(shù)依照1 中數(shù)據(jù)。
展開(kāi) 基于動(dòng)力總成質(zhì)心位移及轉(zhuǎn)角控制的懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
圖2動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型
其廣義坐標(biāo)為
2.1剛度矩陣的推導(dǎo)
根據(jù)力學(xué)分析[4]，使懸置移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)了x、y、z、θx、θy、θz后，第i個(gè)懸置的3個(gè)主剛度方向所引起的變形分別為Δui、Δvi、Δwi；，則系統(tǒng)對(duì)橡膠懸置彈性主軸u,v,w的勢(shì)能為：
（3）
式中：Δui、Δvi、Δwi為第i個(gè)懸置在其彈性主軸上引起的微小變形。
Kui、Kvi、kwi為第i個(gè)懸置對(duì)應(yīng)與u、v、w的主軸剛度。
對(duì)方程的分解處理有：
（4）
式中：q為廣義坐標(biāo)向量。
故有剛度矩陣為：
（5）
式中：xi,yi,zi——質(zhì)心坐標(biāo)；
αi、βi、γi（i=1,2,3）——懸置彈性主軸坐標(biāo)系與整車(chē)坐標(biāo)系夾角。
本文主要考慮通過(guò)優(yōu)化懸置的安裝角度，即優(yōu)化剛度矩陣[K]中的變換矩陣[Bi]來(lái)獲得優(yōu)化結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明，懸置角度優(yōu)化能夠以非常小的成本而取得好的改進(jìn)效果。
展開(kāi) 
【技術(shù)貼】EXCITE Mount Layout工具在動(dòng)力總成懸置設(shè)計(jì)上的應(yīng)用
三點(diǎn)支承的優(yōu)點(diǎn)可以保證汽車(chē)在不同運(yùn)行狀態(tài)下支承點(diǎn)處在一個(gè)平面上，可很大程度上改善機(jī)體的受力情況，三點(diǎn)式懸置一般是前兩后一的形式。四點(diǎn)懸置系統(tǒng)同樣可以達(dá)到上下方向、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的獨(dú)立解耦，可大幅減小耦合振動(dòng)的出現(xiàn)。相對(duì)于三點(diǎn)懸置系統(tǒng)，四點(diǎn)式懸置的穩(wěn)定性好、能克服較大的轉(zhuǎn)矩反作用力，但由于扭轉(zhuǎn)剛度較大，不利于隔離低頻振動(dòng)，四點(diǎn)式懸置往往采用前二后二或前三后一的形式，為了達(dá)到三點(diǎn)式的效果很多汽車(chē)前兩懸置都會(huì)盡量靠攏。EXCITE Mount Layout工具中，為了便于用戶確定懸置個(gè)數(shù)及位置方案，在參數(shù)定義過(guò)程中，可選擇同時(shí)定義多個(gè)懸置，在動(dòng)響應(yīng)計(jì)算以及模態(tài)解耦時(shí)可選擇性激活懸置工作屬性，繼而可實(shí)現(xiàn)懸置位置與個(gè)數(shù)方案的選取。
由于各懸置安裝點(diǎn)的距離遠(yuǎn)大于懸置本身的尺寸，扭轉(zhuǎn)作用不明顯，忽略扭轉(zhuǎn)彈性，懸置可看作三維彈性元件。當(dāng)前EXCITE Mount Layout工具支持橡膠懸置以及液壓懸置非線性靜剛度定義。
動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)除了作為支承元件承受動(dòng)力總成的質(zhì)量以外，在車(chē)輛啟動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向等工況下，為避免動(dòng)力總成由于慣性力以及發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)激勵(lì)產(chǎn)生過(guò)大的位移而與其它部件發(fā)生干涉，通常需從懸置的設(shè)計(jì)上以及結(jié)構(gòu)上限制懸置元件在各個(gè)方向的最大位移量，以此作為邊界條件，設(shè)定懸置的 Z 向剛度范圍，并預(yù)設(shè)每個(gè)懸置點(diǎn)的 3個(gè)方向彈性主軸的剛度。為了計(jì)算動(dòng)力總成準(zhǔn)確的動(dòng)響應(yīng)位移，EXCITE Mount Layout 工具支持自動(dòng)讀取曲軸系多體動(dòng)力學(xué)模型數(shù)據(jù)，定義發(fā)動(dòng)機(jī)真實(shí)的載荷邊界。同時(shí)考慮整車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，例如整車(chē)運(yùn)動(dòng)加速度以及Pitch與Roll方向傾斜角度對(duì)于懸置位移的影響。
對(duì)于多檔位汽車(chē)，在車(chē)輛行駛過(guò)程中會(huì)伴隨變速箱不同檔位的切換，變速箱不同檔位輸出直接關(guān)系到動(dòng)力總成所受反向力矩的變化，繼而影響到動(dòng)力總成的響應(yīng)位移。
展開(kāi) 當(dāng)橡膠制品仿真可以模擬300%變形，而試驗(yàn)數(shù)據(jù)在100%就中斷時(shí)，我們做了什么？
導(dǎo)讀
如果您正在為橡膠件大變形仿真（例如：橡膠襯套的非線性剛度仿真）不準(zhǔn)而困擾，或苦于缺乏高質(zhì)量的等雙軸拉伸應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)來(lái)標(biāo)定橡膠超彈性本構(gòu)模型，那么這項(xiàng)正支撐國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制訂和驗(yàn)證的創(chuàng)新測(cè)試方法，可能是您一直在尋找的答案。
近日，易瑞博科技（E-rubber）一項(xiàng)關(guān)于“充氣式變溫等雙軸測(cè)試與仿真集成平臺(tái)”的技術(shù)實(shí)踐案例，經(jīng)過(guò)評(píng)審，入選了中國(guó)科協(xié)企業(yè)創(chuàng)新服務(wù)中心建設(shè)的“企業(yè)科技工作者評(píng)價(jià)案例庫(kù)”。
同時(shí)，由E-rubber作為主要起草單位之一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《硫化橡膠或熱塑性橡膠 等雙軸拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》正處于關(guān)鍵的征求意見(jiàn)與全國(guó)多地試驗(yàn)室的對(duì)標(biāo)驗(yàn)證階段。
那么，一項(xiàng)為解決實(shí)際工程難題而誕生的技術(shù)方法，是怎樣從企業(yè)的試驗(yàn)室走出來(lái)，最終成為整個(gè)行業(yè)都能參考和使用的公共標(biāo)準(zhǔn)的？
我們最初
要解決什么問(wèn)題？
01
PART
做橡膠工程仿真的同仁都熟悉一個(gè)難題：CAE軟件能輕松模擬橡膠材料超過(guò)200%、300%甚至更大的應(yīng)變，但試驗(yàn)室里傳統(tǒng)的多端夾持（例如十字形夾具、16爪夾具等）等雙軸拉伸設(shè)備，往往因機(jī)械夾持的固有限制，難以穩(wěn)定、可靠地獲取大應(yīng)變下的高質(zhì)量等雙軸拉伸數(shù)據(jù)。
十字形夾具
16爪夾具
這導(dǎo)致橡膠材料本構(gòu)模型的擬合，在很大程度上依賴“外推”和“猜測(cè)”。
無(wú)論是輪胎胎側(cè)的大變形分析，還是橡膠懸置的疲勞壽命預(yù)測(cè)，因?yàn)槿鄙龠@部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)，許多設(shè)計(jì)往往被迫預(yù)留過(guò)多的余量以保證安全，或者在后期需要依賴更多實(shí)物樣品的反復(fù)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證。
這個(gè)問(wèn)題，是制約許多高端橡膠部件實(shí)現(xiàn)仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)迭代的共性瓶頸。它首先是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，但更深層地，是一個(gè)關(guān)于數(shù)據(jù)完備性和方法可靠性的基礎(chǔ)性問(wèn)題。
展開(kāi) 干貨│汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)減振技術(shù)分析
另一種是通過(guò)增加一些懸置和飛輪等技術(shù)手段減小振動(dòng)的傳遞。下面我們重點(diǎn)分析下主流的發(fā)動(dòng)機(jī)減振技術(shù)。
圖2 活塞在不同曲軸轉(zhuǎn)速下運(yùn)動(dòng)的加速度曲線
1.優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)整體設(shè)計(jì)
發(fā)動(dòng)機(jī)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)減振至關(guān)重要, 可以通過(guò)增加氣缸數(shù)目, 變換氣缸的布置形式來(lái)使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn), 比如現(xiàn)在V8, V12氣缸相比4缸機(jī)和6缸機(jī)振動(dòng)幅值要小。發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速會(huì)產(chǎn)生不同的激振頻率, 而發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)好后, 其固有頻率也會(huì)固定, 可以通過(guò)模態(tài)分析技術(shù), 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析, 找出發(fā)動(dòng)機(jī)的固有頻率和主振型, 這樣就可以通過(guò)設(shè)計(jì)把發(fā)動(dòng)機(jī)的固有頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)常用轉(zhuǎn)速下的激振頻率區(qū)分開(kāi)進(jìn)行減振。發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)是通過(guò)懸置傳遞到車(chē)架上的, 懸置的設(shè)計(jì)直接影響這個(gè)主振源振動(dòng)的衰減程度。為了衰減發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到車(chē)架的振動(dòng)幅度, 要求懸置應(yīng)該有一定的阻尼, 同時(shí)還有較小的彈性系數(shù)。研究表明, 在5~20Hz的低頻范圍, 要求衰減發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速和路面引起的低頻大振幅的振動(dòng)。因此需要高剛度和大阻尼的懸置。而在高頻的激振情況下, 需要高頻, 小阻尼的懸置特性。目前, 橡膠懸置已經(jīng)無(wú)法滿足這種情況, 液壓懸置可以滿足高、低頻兩個(gè)特點(diǎn)。目前, 市面上用的較多的是被動(dòng)懸置, 只有一些高檔轎車(chē)上才會(huì)選用主動(dòng)懸置或者半主動(dòng)懸置。
2.雙質(zhì)量飛輪減振技術(shù)
發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪具有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, 在發(fā)動(dòng)機(jī)做功環(huán)節(jié)吸收能量, 在其它三個(gè)行程再釋放存儲(chǔ)的能量, 使得發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)更平穩(wěn)。飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大, 發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的越平穩(wěn), 但同時(shí)也增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體質(zhì)量和降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的靈敏度。為了解決這個(gè)問(wèn)題, 發(fā)明了雙質(zhì)量飛輪。
雙質(zhì)量飛輪由兩部分質(zhì)量和一個(gè)扭轉(zhuǎn)減振器組成, 一部分飛輪質(zhì)量用用于傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;另一部分質(zhì)量用于提高變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。這兩部分質(zhì)量之間用彈性機(jī)構(gòu)和阻尼結(jié)構(gòu)連接。
展開(kāi) 純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力懸置系統(tǒng)匹配要點(diǎn)
所以懸置匹配優(yōu)化的著眼點(diǎn)則應(yīng)該是動(dòng)力總成的扭矩，懸置系統(tǒng)首先應(yīng)具備足夠的抗扭限位能力，確保在大扭矩的作用下動(dòng)力總成的位移量處于合理范圍，在此基礎(chǔ)上再考慮隔振性能。
因此，純電動(dòng)汽車(chē)對(duì)懸置系統(tǒng)的隔振能力要求低于傳統(tǒng)燃油車(chē)，但對(duì)懸置系統(tǒng)抗扭限位能力的要求遠(yuǎn)高于燃油車(chē)。基于這種考慮，工藝簡(jiǎn)單、可靠性好能并且提供大剛度的橡膠懸置更適合電動(dòng)汽車(chē)，液壓懸置反而不適用。要注意的是，提升懸置軟墊的剛度和限位能力并不意味著NVH性能的降低。相反，很多情況下懸置系統(tǒng)隔振能力差并不是因?yàn)?em>懸置軟墊過(guò)于剛硬，而是因?yàn)?em>懸置軟墊過(guò)于柔軟，在大扭矩作用下被壓死失去緩沖功能。例如，電機(jī)或者減速器的階次噪聲可能以結(jié)構(gòu)噪聲的形式，通過(guò)懸置系統(tǒng)傳遞到乘員艙內(nèi)。如果懸置軟墊太柔軟，很可能在全扭矩工況被壓死，從而加劇結(jié)構(gòu)噪聲的傳遞。一般建議在正向和反向最大扭矩下，每個(gè)懸置軟墊的變形量都控制在10mm以內(nèi)。
圖4 電機(jī)懸置布置示意
關(guān)于剛體模態(tài)解耦和模態(tài)頻率分布分析，對(duì)于燃油車(chē)一般都是將6階剛體模態(tài)頻率規(guī)劃在5-18Hz，并且繞曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的模態(tài)頻率要小于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速激勵(lì)頻率的0.707。但純電驅(qū)動(dòng)車(chē)的動(dòng)力總成質(zhì)量明顯小于燃油車(chē)；因?yàn)榭古は尬坏男枰?em>懸置軟墊剛度則大于燃油車(chē)。所以電動(dòng)車(chē)動(dòng)力總成的剛體模態(tài)頻率必然是高于同級(jí)別的燃油車(chē)。建議X、Y、Z方向的三個(gè)平動(dòng)模態(tài)頻率小于20Hz，Roll、Pitch、Yaw三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的模態(tài)頻率控制在20-40Hz（同時(shí)考慮在常用車(chē)速范圍內(nèi)避開(kāi)傳動(dòng)軸的2階激勵(lì)），同時(shí)要避開(kāi)蠕行時(shí)的電機(jī)的一階二階諧頻，對(duì)于空調(diào)壓縮機(jī)集成在動(dòng)力總成上，還應(yīng)避開(kāi)空調(diào)壓縮機(jī)的工作頻率。
純電驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩波動(dòng)既可能在蠕行時(shí)發(fā)生，也可能在大扭矩情況下發(fā)生。
展開(kāi) 