考虑橡胶非线性的弹性车轮刚度计算方法及参数优化

弹性车轮刚度是车轮设计中的关键参数,其刚度大小直接影响车辆的运行安全性。为了解弹性车轮刚度特性,基于橡胶材料的Mooney-Rivlin模型,考虑橡胶元件的超弹性以及橡胶与金属元件的接触属性,建立了压剪复合型弹性车轮有限元模型,探究压装对弹性车轮刚度计算的影响,并通过改变V字型橡胶元件的结构参数和摩擦系数,研究弹性车轮刚度的变化规律,仿真结果显示：在对弹性车轮刚度进行仿真计算时,不可省略车轮的压装过程,否则会使刚度仿真数值严重失真;橡胶元件的结构参数和摩擦系数会对弹性车轮刚度产生较大影响,其中径向刚度对参数的变化更为敏感,橡胶厚度增加,车轮的径向和轴向刚度随之降低;橡胶角度增加,车轮的径向刚度增加,轴向刚度减小;摩擦系数增加,车轮的径向和轴向刚度均随之增加。     

轮胎胎面胶力学特性的实验研究

利用XJTUDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统和拉伸实验机对废旧轮胎胎面胶进行了拉伸实验,得到了应力-应变曲线和应变云图等结果以进行胎面胶的材料特性表征。使用商业有限元分析软件ABAQUS并分别选用超弹性材料模型Yeoh模型和Mooney-Rivlin模型对实验结果进行拟合,发现Mooney-Rivlin超弹性材料模型的模拟结果与实验结果很吻合。同时得出了Mooney-Rivlin材料模型的参数。     

车用橡胶悬置静态刚度预测计算的影响因素研究

基于已获取的橡胶材料实验数据及常用于工程计算的超弹性本构模型,首先探讨了车用橡胶悬置静态刚度的有限元计算与分析方法,进而以一汽车动力总成橡胶悬置为研究对象,分析了橡胶材料应变组合对橡胶悬置静态刚度计算的影响,最后研究了Mooney-Rivlin(MR)模型、Yeoh模型及三阶Ogden模型计算橡胶悬置刚度的适用范围。研究结果表明,较小应变状况下(最大应变小于0.3时),当橡胶材料的应变水平与橡胶悬置实际测试方向应变水平一致或相对接近时,三种模型的计算值与实测值均具有较好的一致性;在中等应变载荷下三种模型的预测精度均较高(最大应变介于0.5~1),在较大变形情况下(最大应变大于1)三阶Ogden模型具有相对较为稳定的预测精度;相近应变形式的橡胶材料应变组合更有利于提高元件静态刚度的计算精度。     

列车用橡胶堆旁承的两种本构模型振动特性研究

对列车用橡胶堆旁承以Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型进行建模,利用ABAQUS计算分析软件计算出两种模型在相同载荷下的载荷位移曲线,分别计算出其非线性刚度特性;对橡胶堆旁承建立振动微分方程,将求得的两种本构模型的非线性刚度代入微分方程中,通过求解微分方程求得两种本构模型的相频和幅频特性,得出两种本构模型的振动传递特性。该研究结果在橡胶元件设计中有一定的意义。     

弹性复合连杆静刚度研究

通过理论分析得出弹性复合连杆轴向、径向刚度公式。通过单轴拉伸试验确定橡胶Mooney-Rivlin模型系数,并以此为依据应用ABAQUS软件对弹性复合连杆进行静刚度分析,通过试验,验证理论计算与有限元仿真计算的准确性。研究结果表明,所提出的计算方法准确有效,对弹性复合连杆产品的设计具有一定的指导意义。     

机械弹性车轮径向刚度和阻尼模型的分析

针对新型机械弹性车轮刚度特性,利用曲梁理论建立了弹性基础封闭圆环曲梁模型,对车轮刚度与輮轮抗弯刚度、铰链组弹性基础刚度及激振频率之间的关系进行了分析。结合车轮静态和动态试验分析结果,验证了根据曲梁理论所建模型的正确性,并分析了车轮刚度与车轮变形量、变形速率及激振频率之间的解析关系。根据分析结果建立了车轮刚度和阻尼的非线性解析模型,该模型反映了车轮变形量和激振频率对车轮刚度的影响,以及车轮变形速率和激振频率对车轮阻尼的影响,从而为车轮结构振动的进一步研究提供指导。     

环形丁腈橡胶件静刚度的有限元模拟

对矩形丁腈橡胶件进行静态拉伸试验,通过对试验得到的应力、应变数据进行拟合,得到了Mooney-Rivlin超弹性本构模型参数,利用此本构模型对环形丁腈橡胶件进行静压缩有限元模拟,进行了试验验证,并分析了环形丁腈橡胶件的壁厚、外径以及温度对其静刚度的影响。结果表明：通过有限元方法模拟得到矩形丁腈橡胶件静态拉伸大变形阶段的力-位移曲线与试验结果相吻合,相对误差小于5%,表明Mooney-Rivlin超弹性本构模型可准确描述丁腈橡胶的超弹性特性;环形丁腈橡胶件静刚度的有限元模拟结果与压缩试验结果的相对误差为13.1%,证明了该有限元方法的准确性;随着壁厚或外径的增加,环形丁腈橡胶件的静刚度减小;随着温度的升高,静刚度减小,但减小速率逐渐降低。     

一种新型安全车轮的非线性有限元分析

建立了新型安全车轮的几何模型,说明了车轮构成及基本原理。基于车轮的几何非线性、材料非线性及车轮与地面接触的非线性,建立了车轮的三维非线性有限元模型,用ANSYS软件的非线性分析技术对车轮进行了有限元分析。建模时充分考虑了橡胶材料的超弹性,材料模型采用Mooney-Rivlin橡胶材料。分析了车轮在静态接触、侧倾和侧偏受载3种工况下载荷与变形量的关系,并对车轮应力分布、轮胎接地印迹和接地压力进行了研究,为模拟与分析轮胎行驶性能和车轮的结构设计与优化提供了相关依据。     

橡胶悬置静特性有限元分析与试验研究

基于描述橡胶材料力学性能的Mooney-Rivlin函数,通过对橡胶材料进行力学性能试验和数据拟合获得Moone y-Rivlin参数,应用有限元软件Abaqus对汽车动力总成悬置系统中的悬置橡胶衬套建立模型并仿真分析静态特性。拟合仿真数据计算静刚度并与试验结果对比分析,三向刚度相对误差在允许范围内,验证了应用橡胶材料拟合参数对衬套进行静特性有限元分析的有效性。     

基于序列二次规划算法的机械弹性车轮的结构优化

在保证结构与实际车轮模型结构相同的条件下,建立机械弹性车轮的有限元模型,实现了车轮受力时的结构协调性和弹簧的回位功能。利用ANSYS软件对车轮进行了有限元分析,得出车轮的径向刚度。根据结构优化问题的特点,以轮辐的每段长度作为设计变量,轮胎径向刚度为优化目标,利用序列二次规划(SQP)算法,对车轮结构进行优化设计。结果表明:基于SQP算法的机械弹性车轮的结构优化,在允许范围内有效的增大了车轮的径向刚度。     

螺杆定子衬套热老化本构参数及内腔变形规律研究

为研究定子衬套材料氢化丁腈橡胶力学性能,设计氢化丁腈橡胶的热老化试验,基于试验数据进行Mooney-Rivlin和Yeoh本构模型参数的拟合,并评价2种本构模型的拟合精度;建立螺杆电动机定子衬套有限元模型,分析不同井深下定子内腔位移变化规律。结果表明:相比Mooney-Rivlin模型,Yeoh模型能更真实地反映氢化丁腈橡胶的力学特性;不考虑老化时的定子内腔位移比考虑老化时的位移要大,并且随着温度的增加其差值增大,因此在仿真分析时应考虑老化因素的影响;不同井深下等壁厚定子位移幅值远小于常规定子,因此等壁厚定子可用较小过盈量满足密封要求,从而可降低定子衬套磨损,并提高单级承压能力。     

新型机械弹性车轮的建模与通过性研究

为了提高轮胎的防刺破、防爆胎和安全防弹性能,提出一种用于某型轮式特种车辆的新型机械弹性车轮。通过分析车轮的系统构成,建立了弹性力学模型与有限元模型,并分别进行求解计算,计算结果显示两种模型的变形吻合,表明有限元模型能很好地反映车轮的变形情况。利用该有限元模型计算得出车轮的滚动半径,之后进行了通过性分析,详细阐述了挂钩牵引力各个分力的影响因素,为以后车轮的设计改进提供了理论支持。与普通充气轮胎的对比表明,机械弹性车轮更具通过性方面的优势。     

导轨滑块结合部的非线性刚度等效建模研究

基于弹性力学及其赫兹接触理论,以导轨滑块结合部为研究对象,在分析计算预紧情况下结合部刚度特性的基础上分别采用含滚珠的结合部有限元模型与非线性等效弹簧有限元模型仿真计算.分析结果表明:采用含滚珠的结合部有限元模型分析得到的刚度特性曲线与理论计算非常吻合;采用非线性等效弹簧有限元模型得到的刚度特性曲线与含滚珠结合部模型计算结果的最大误差约为8％,且应力云图分布也基本吻合,从而验证了该非线性等效弹簧简化模型的可行性与有效性.     

一种橡胶衬套静态特性仿真及实验分析

为了研究开发设计过程中橡胶衬套的静态特征,采用Mooney-Rivlin本构模型,对一种后控制臂橡胶衬套进行了有限元模拟分析。分析分别加载衬套的在极限工况下的压缩位移、偏摆角度以及扭转角度,计算出衬套轴向刚度、径向刚度、扭转刚度与偏摆刚度,并将计算结果与实验数据进行对比,验证了仿真分析结果的可靠性,可以为衬套的设计提供理论指导。     

弹性车轮刚度与金属件结构优化研究

压剪复合型弹性车轮因其可调配径向和轴向刚度而广泛应用在实际列车运行过程中,目前不同截面形状结构的弹性车轮,尚未出台压剪复合型弹性车轮的设计标准。研究弹性车轮型腔形状对弹性车轮三向刚度的影响,为弹性车轮结构设计提供参考。以某有轨电车弹性车轮为原型,分别用截面形状结构为无凹槽、凹槽半径为R2.5 mm、凹槽半径为R5 mm的弹性车轮进行有限元刚度仿真实验。研究表明,在橡胶件参数不变的情况下,径向刚度与轴向刚度随着凹槽半径的增大而增大,有凹槽比无凹槽的刚度值大;凹槽越深,扭转刚度越大;但凹槽过浅将无法提高扭转刚度,反会稍降。因此,适当增加弹性车轮金属件截面的凹槽能增大弹性车轮的三向刚度,且增加凹槽结构也满足强度要求。     

一种基于ABAQUS的火箭弹部段连接刚度模型修正方法研究

火箭弹按照不同功用被设计成若干个部段,部段间通过各种结构形式连接,其连接部位的刚度下降会显著影响全弹的固有特性.本文以某型火箭弹为例,首先,通过全弹刚度试验获取弹体受载后的变形数据;其次,基于ABAQUS软件,采用刚度试验数据结合有限元数值分析的刚度模型修正方法,对火箭弹部段连接刚度进行迭代修正,使得弹体变形量的计算值逐步逼近试验值;最后,利用修正后的模型对火箭弹前六阶固有频率和振型进行分析,分析结果表明经刚度修正后的固有特性计算值更为接近试验实测值,从而验证了该方法在分析此类问题时的有效性.     

新型可洗井封隔器密封元件有限元分析

采用Mooney-Rivlin超弹性材料模型,进行封隔器坐封过程的有限元分析。研究橡胶材料参数的获得方法,采用有限滑动接触模型定义了胶筒与隔环、套管、中心管的接触。计算结果证明封隔器的结构改进设计是合理的。     

胶乳离心机高速转子动力学特性分析

研究了胶乳离心机转鼓有限元建模,建立了转子系统实体模型,讨论了支承弹簧刚度与阻尼,计算了临界转速及振型,分析了陀螺效应及支承刚度对临界转速的影响,对计算结果进行了实验验证。结果表明,有限元计算值与实测值接近,转鼓的陀螺效应影响不能忽略,临界转速随着弹性支承刚度增加而增大,研究方法及分析结果对碟片离心机结构设计、动力学分析与优化等具有指导意义与借鉴价值。     

车用空气弹簧有限元分析方法

空气悬架系统的刚度直接影响整车性能,而悬架刚度又主要取决于空气弹簧刚度特性。由于在工作行程中橡胶气囊发生多重非线性问题,难以用传统方法预估弹簧刚度。为此,基于空气弹簧结构分析、非线性有限元理论,提出一种空气弹簧力学特性预估方法。在这方法中以Yeoh模型模拟橡胶层,rebar模型代表帘线层,缘板及活塞作为刚体,气体流动与气囊体变形耦合。为了检验该方法的有效性和可行性,以某一大客车悬架用膜式空气弹簧为应用实例,根据结构尺寸用CAD软件UG建立三维实体模型,并用Hypermesh软件划分网格,用试验测试橡胶材料的应力应变关系。将有限元模型导入非线性有限元软件abaqus中进行数值计算。计算结果表明,所提出的方法是切实可行,为汽车悬架用空气弹簧研制开发提供了一种较为经济实用的预估方法。     

局部损伤的机械弹性车轮的静动态特性

研究了0轮的局部损伤对机械弹性车轮静动态特性的影响规律。根据车轮工作原理和结构特征,建立了非线性车轮有限元模型,利用模态分析的有限元方法计算了无损伤车轮的固有频率和振型;结合车轮的力学特性和充气轮胎的常见失效形式,对车轮的失效形式和危险区域进行了分析;采用刚度退化模型模拟车轮局部损伤,分析了不同位置、不同损伤状态下车轮固有频率的变化规律和静接地承载工况下的受力特征;将B级随机路面不平度作为动态激励输入,研究了局部损伤车轮的动态响应规律。研究表明:随着0轮局部损伤程度的加深,车轮的固有频率逐渐降低,最大应力的位置不变,应力峰值变大;无损伤车轮的动态应力响应峰值小于局部损伤车轮的动态应力响应峰值;随着损伤程度的加深,在共振频段动态应力响应峰值变大,其他频段内变化不大。