发动机空气弹簧液压悬置动态特性及参数灵敏度研究

针对发动机空气弹簧液压悬置的动特性及其参数灵敏度影响,采用空气弹簧液压悬置上液室等效体积刚度替代解耦膜以及密闭空气腔对悬置动特性的影响,基于流体力学相关理论建立了空气弹簧液压悬置力学模型,并通过试验验证了该模型的正确性,分析了空气腔开启和关闭时空气弹簧的动态特性;采用该模型研究了空气弹簧液压悬置橡胶主簧体积刚度、阻尼系数、等效活塞面积、空气腔开启和关闭时上液室等效体积刚度、惯性通道液体惯性系数及阻尼系数等参数对悬置动刚度阻尼角的影响,获得了这些参数对空气弹簧液压悬置动刚度影响的灵敏度,该研究结果有助于空气弹簧液压悬置动特性的优化设计,缩短研发周期,节省研发成本。     

双腔室空气弹簧动刚度理论模型与实验研究EI北大核心CSCD

空气弹簧目前越来越多地用于高端车辆和高铁的隔振,但其动刚度的精确模型不够完善。提出了一种基于热力学的多腔室空气弹簧动刚度理论模型,以适用于乘用车空气悬架控制的精确算法。该动刚度公式综合考虑了外界热交换产生的等效阻尼特性、空气气囊的气腔刚度特性以及气囊阻尼特性,给出各贡献项明确的物理意义及精确的数学表达。与传统空气弹簧模型相比,本模型未对气腔内部气体变化过程加以约束,故具有较强的普适性。示功实验验证了提出的空气弹簧动刚度理论在大行程下的精确性(与实验值相对误差在0.5%以内)和普适性。     

膜式空气弹簧非线性垂向刚度研究

基于Firestone 公司生产的1T15M-2膜式空气弹簧,运用膜式空气弹簧的理论刚度计算公式对空气弹簧的垂向刚度进行了分析。通过在ANSYS中建立该空气弹簧的精确模型,运用非线性有限元并逐次迭代的方法进行了计算,得到了空气弹簧在三种不同气压下的垂向刚度。仿真及理论计算的垂向刚度与试验数据基本一致。理论分析表明由有效面积变化产生的垂向刚度最大达到了总垂向刚度的一半以上,计算时不能忽略不计。该方法对于任意截面活塞的空气弹簧垂向刚度的计算有一定参考价值     

带附加气室空气弹簧动刚度的线性化模型研究

基于工程热力学和空气动力学理论分别建立了带附加气室空气弹簧系统各元部件的状态方程和动力学方程,为了简化复杂的非线性模型,根据泰勒级数理论,利用小偏差线性化的方法在小振幅的条件下对各方程进行了线性化处理,并推导出了带附加气室空气弹簧动刚度的线性化模型。为了验证线性化模型的精度和分析各参变量对弹簧动刚度的影响关系,以美国Firestone公司生产的 1T15M-2型膜式空气弹簧作为计算对象,分别利用空气弹簧动刚度的非线性和线性化模型计算了弹簧动刚度与各因素之间的动态变化关系,计算结果表明空气弹簧内压、节流孔有效面积、弹簧振动频率以及附加气室容积等因素均会影响弹簧动刚度;动刚度的线性化与非线性模型在各因素影响下的变化曲线基本吻合。     

考虑弹性隔板边界条件的柱形封闭腔结构-声耦合分析

通过在柱形腔体内的弹性隔板四周施加假想的弹簧系统,建立了考虑弹性隔板边界条件的圆柱形腔体内的声场模型。该模型利用汉密尔顿函数和声模态理论,充分考虑了弹性隔板与两个柱形腔体内声场之间的耦合以及弹性板的边界条件对腔体内声场的影响。通过算例分析表明在所研究的低频段,支承弹性板的旋转弹簧刚度对腔体内声场与弹性板之间振动耦合的影响弱于线弹簧刚度,由腔体1的内声场引起的弹性隔板的振动速度受线弹簧刚度的影响要甚于旋转弹簧刚度;腔体2内的平均声压随支承弹性隔板的线弹簧刚度的增大而增加,而旋转弹簧刚度的变化对声压的影响较小。本文的研究为工程中柱形腔体内设置有弹性板的结构噪声分析和控制提供了一定的理论依据。     

基于激振法的空气弹簧垂向刚度和阻尼特性研究

以Firestone公司的1T15M-2型膜式空气弹簧为基础,与容积为22L的附加空气室构成带附加空气室空气弹簧.采用激振法研究了当空气弹簧与带附加空气室之间安装有孔口连续调节装置时,系统的振幅放大率和加速度稳态响应随激振频率和节流孔面积的变化规律,以及空气压力、节流孔流通面积对空气弹簧垂向刚度和阻尼的影响.研究发现,在3种各自不同压力条件下,无论节流孔面积大小如何,随着激振频率的增加,系统振幅放大率和加速度稳态响应值都先增大,并且在共振点时达到响应峰值,然后减小至较小的稳定值.当节流孔面积变化时,系统共振时的振幅放大率和加速度稳态响应峰值在节流孔面积调节至大约57 mm2时出现最小.节流孔面积对垂向刚度和阻尼都有影响,其中节流孔面积从57 mm2变化到78 mm2时,带附加空气室空气弹簧的刚度发生显著减小;阻尼的敏感变化范围为11 mm2～187mm2,在57 mm2附近阻尼达到最大值.空气弹簧中的空气压力对垂向刚度和阻尼也有影响,内压越大,对应的刚度越大,而阻尼反而越小.该研究结论为刚度和阻尼连续可调空气悬架的研发提供了一定的依据.     

双腔室空气弹簧橡胶膜片刚度的研究

针对双腔室空气弹簧缺少精确的橡胶膜片理论模型的问题,提出一种橡胶膜片刚度模型的理论建模方法。该方法将橡胶膜片依据几何形状特征划分成多个部分,把不规则橡胶膜片的整体建模转化成多个规则形状建模的问题;利用复合材料力学理论得到每个部分的各向异性材料的弹性模量和刚度,最后基于橡胶膜片各部分的刚度关系推导出膜片整体刚度模型。在搭建的试验平台上对所提理论模型进行验证;结果表明,所提建模方法得到的模型与试验结果高度吻合,为双腔室空气弹簧的正向设计提供了理论依据。     

两封闭弹性长方体连接结构的声辐射建模与分析

利用汉密尔顿函数和瑞利－李兹方法,建立了分别由１块四边弹性支承的弹性板及５块刚性板构成 的两连接封闭矩形腔外的辐射声场模型,推导了腔体外辐射声场的解析解。模型在两个弹性长方体结构的连接 处施加假想的弹簧系统模拟不同连接条件,同时考虑了两弹性结构连接点之间以及弹性板与腔体内声场之间的 耦合。通过算例表明,间接力通过连接结构对弹性板辐射声场的影响明显小于弹性板在同样直接力作用下的辐 射声场;弹性结构连接点处线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧大。     

新型长方体形囊式空气弹簧垂向动态特性研究

空气弹簧是一种刚度可变,同时固有频率基本不随载荷变化的非线性隔振元件。在狭长空间中,长方体形空气弹簧比回转体空气弹簧具有更高的空间利用率。在现有回转体空气弹簧动态特性理论研究基础上,考虑了系统振动频率对多变指数与垂向动态特性的影响,建立了空气弹簧非线性刚度模型,推广了垂向刚度计算公式,并提出概念绝热频率阈值。设计了一种新型长方体形囊式空气弹簧并进行了试验研究,结果与理论预测符合良好。同时通过与商用空气弹簧的动态特性对比,展现了该设计承载能力大、空间适用性高的优点。     

一种车用膜式空气弹簧有效面积的预测方法

空气弹簧帘线-橡胶复合材料结构具有刚度可变、轻量化、高度可调、隔振效果好等优势,在汽车“新四化”的发展趋势下,车用空气弹簧力学成为学术和工程研究热点。但其受力的“有效面积”这一重要参数还未建立完善理论模型。结合复合材料力学特性与几何学特征,提出一种车用膜式空气弹簧有效面积理论分析与预测方法。给出了空气弹簧有效面积理论预测表达式,体现了空气弹簧气囊内压强、空气弹簧高度等因素对有效面积的综合影响。利用力学综合实验台架设计实验,对某型号空气弹簧进行有效面积测量,实验结果与理论分析的对比显示在实验测量的范围内,理论预测的有效面积误差在1%以内,表明了这种理论分析方法的合理性。这种方法对进行有效面积的预测、空气弹簧的准确建模及进一步进行高精度的车高控制具有一定的指导意义。      

带附加气室空气弹簧动刚度影响因素试验研究

以1T15M-2型膜式空气弹簧为基础,建立了带附加气室空气弹簧的试验系统,试验研究了带附加气室空气弹簧动刚度的影响因素,对各影响因素的影响规律做了详细描述,并对各因素的影响机理做了探讨。试验结果及分析表明,振动频率、激励振幅、弹簧初始气压、节流孔开度和附加气室容积是弹簧动刚度的主要影响因素;弹簧初始气压、振动频率和振幅的增大均会增加弹簧动刚度,节流孔开度和附加气室容积的增大则有利于降低弹簧动刚度,但附加气室容积超过弹簧工作容积2倍以上时,附加气室容积的变化对动刚度的影响便不再明显。     

大型浮筏姿态及弹性变形控制算法研究

随着浮筏气囊系统趋于大型化,筏体结构刚度不可避免的降低。外界扰动作用下,筏架不仅会偏离平衡位置,还会产生较大的弹性变形,导致设备之间产生相对位移,危及设备运行安全。建立某船舶浮筏气囊隔振装置柔性筏架响应模型,并提出一种基于气囊压力参数识别的控制方法,通过调整气囊压力分布对筏架姿态和弹性形态进行控制。试验结果表明,该方法不仅可以控制筏架姿态平衡,还可以有效抑制筏架的弹性变形,并且具有较高的控制精度。     

空气弹簧的现状及其发展

空气弹簧在振动控制上有着卓越的表现,受到广大科研人员的关注。此文章简要介绍了国内外空气弹簧的诞生、发展历史、现状、应用范围和它的主要特点。针对空气弹簧的相关理论,刚度特性、频率特性、阻尼特性和非线性特性等方面进行了详细论述。空气弹簧具有的非线性特性是强非线性,它的非线性主要由材料非线性、几何非线性和接触非线性组成。对国内外现有的空气弹簧类型进行了简要说明。并分机械式、电子控制式和智能控制式三个方面阐述了空气弹簧控制系统发展的历史阶段和发展趋势,根据国内外相应的资料对空气弹簧的几种破坏形式作了简介,最后指出了空气弹簧未来的四个研究方向:主附气室体积比对空气弹簧性能影响的研究,空气弹簧非线性特性的研究,空气弹簧的智能控制系统的研究,高强度高耐磨性耐寒的空气弹簧气囊材料的研究。     

大扁平比胎侧解析刚度建模及轮胎动力学分析EI北大核心CSCD

针对重载轮胎大扁平比结构建模问题,从动力学建模、实验模态分析、结构参数辨识等方面,基于解析弹性基础的欧拉梁模型,对重载轮胎的柔性胎体和大扁平比胎侧曲梁的低频动力学特性开展研究,建立了考虑充气预紧力的欧拉梁胎体模型,利用实验模态方法,探究了不同充气压力下的柔性胎体振动特性;考虑胎侧曲梁预紧力弦效应和结构弯曲效应,建立了大扁平比胎侧曲梁解析刚度模型;基于模态测试结果,进行柔性胎体与解析胎侧结构参数辨识。研究结果表明:在0~180 Hz频率范围内,重载轮胎以结构周向弯曲振动为主,可利用基于弹性基础的柔性梁模型表征;大扁平比胎侧曲梁的解析刚度与胎侧的几何、结构和充气压力参数直接相关;轮胎充气压力影响柔性胎体梁的轴向预紧力和胎侧的弦刚度,进而影响轮胎弯曲振动特性。     

空气弹簧弹性特性及容积特性分析

依据工程热力学理论得出了空气弹簧的弹力表达式,并分析了空气弹簧材料、几何和接触等非线性力学特性,提出采用非线性有限元研究空气弹簧非线性弹性特性和容积特性的方法。根据有限元方法建立了三曲囊式空气弹簧的有限元分析模型,进行了有限元计算,结果表明：空气弹簧的承载能力随充气压力增加而增大,且呈现出非线性特性;空气弹簧压力、容积及有效面积与变形均呈现出非线性关系,腔内压力和有效面积随空气弹簧变形量的增加而增加,但容积呈现相反变化趋势;充气压力对于空气弹簧容积和有效面积基本没有影响。     

带附加气室空气悬架剪式座椅振动特性试验研究

基于HY-Z04型剪式座椅,以SK37-6型膜式空气弹簧作为弹性元件,构建了带附加气室空气悬架座椅振动试验系统。试验研究了节流孔开度、簧上质量及激励频率等因素对座椅振动特性的影响规律,研究结果表明,座椅悬架的固有频率随节流孔的增大而减小;节流孔产生的阻尼随节流孔的增大先变大后变小;当激励频率较低时,节流孔开度对座椅加速度的影响不大,当激励频率高于某值后,节流孔开度越大,对应的加速度均方根值越小;节流孔对加速度均方根值的影响具有明显的非线性。     

空气弹簧参数对减振性能的影响

空气弹簧因其固有频率低和承载能力大等特点在车辆和精密设备的隔振中得到广泛应用.讨论了空气弹簧刚度与工作压力、附加气室体积的函数关系,分析了阻尼对隔振传递率的影响,仿真说明了空气弹簧的隔振效果.     

基于几何非线性的果蔬运输隔振系统设计

目的 针对运输过程中振动与冲击造成果蔬损伤和品质下降的问题,基于非线性振动理论,提出一种几何非线性结构的果蔬运输隔振系统。方法 首先,基于水平斜弹簧负刚度机构与垂向正刚度弹簧并联的方式设计果蔬运输隔振结构;其次,分析其静力学特性,推导该非线性隔振装置的刚度特性;最后,建立果蔬运输车模型的运动微分方程,采用谐波平衡法研究该新型果蔬运输车的隔振特性。结果 研究结果表明,通过合理的结构参数设计,该隔振装置在平衡点附近具有高静态刚度、低动态刚度特性。对于小幅路面激励,该新型果蔬运输车将在全频段大幅优于对应的线性系统,随着路面激励幅值的增大,隔振装置刚度快速增加,频率跳跃线性逐渐出现,峰值逐渐出现并右移,中频段的隔振效果逐渐变差。高频段的隔振效果远优于对应的线性系统,且与路面激励幅值不敏感。结论 通过引入水平预压缩弹簧与垂向弹簧并联形式的几何非线性结构显著提高了果蔬运输隔振系统的隔振效果,减小运输过程中果蔬所受到的振动与冲击,从而避免了果蔬损伤和品质下降。     

Micromechanical Bilinear Behavior of Composite Lamina Subjected to Combined Thermal and Mechanical Loadings

The bilinear elastic degradation called the "knee" phenomenon, observed well in the transverse tensile stress–strain curves of some metal-based composites, is modeled through both a simplified three-phase cylindrical model and a hexagonal-arrayed unidirectional composite. The interphase is modeled by spring layers which account for continuity of tractions, but allow radial and circumferential displacement jumps across the interphase that are linearly related to the normal and tangential tractions. Even though constituent materials are in the elastic range all the way through, the possible low stiffness of the interphase and the residual stresses induced by uniform cooling yield bilinear elastic behavior in the stress–effective strain curves. However, perfect bonding or low stiffness in the interphase with no residual stresses creates a linear curve. The effects of interphase stiffness, fiber volume fraction, temperature change, and transverse tensile load on both the micro- and macro-thermomechanical behaviors of unidirectionally fiber-reinforced composites are analyzed numerically using the boundary-element method. These results are then compared to the elastic solutions of the three-phase model in a qualitative manner.