自由膜式空气弹簧非线性有限元分析

对一种自由膜式空气弹簧进行非线性有限元分析,建立自由膜式空气弹簧非线性柔性体有限元动力学模型,研究其各项力学性能。橡胶气囊采用分层壳单元耦合建立,内外层橡胶采用一次多项式Mooney-Rivlin橡胶材料本构模型,内置帘线层采用帘线织布材料本构模型。利用AIRBAG模型模拟橡胶气囊气固耦合,对建立起的有限元模型进行力学仿真计算,数值计算结果对比试验表明模型精度较高。对其进行力学分析,得出橡胶气囊初始气压对空气弹簧影响较大,刚度值随气压增大呈非线性增长;帘线层层数对垂向刚度影响较小,横向刚度影响较大;辅助弹簧对空气弹簧垂向及横向刚度影响较大。所得结果为进一步进行整车动态分析及空气弹簧设计研究提供理论以及数据基础。     

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。     

空气弹簧参数对其静态力学性能影响的试验与计算分析

对空气弹簧的几何、橡胶材料、状态及气固耦合等非线性问题进行了理论分析,阐释了在有限元分析中的计算依据。建立空气弹簧的理论及数值分析模型,采用非线性分析软件对其垂向静态力-位移特性进行了计算分析。计算值与试验结果误差小于10%,验证了计算方法的精确性。分析了设计参数——橡胶皮囊压力、帘线角、帘线间距和帘线层数等对空气弹簧承载能力的影响。为空气弹簧弹性静特性力-位移性能的前期概念设计提供参考。     

高速列车空气弹簧横向特性动力学建模与应用

为了优化高速列车空气弹簧的横向动力学特性,以含附加气室与节流阻尼孔的高速列车空气弹簧为研究对象,分析了橡胶气囊在横向变形下的受力状态,采用橡胶材料的本构关系对橡胶气囊的摩擦力、线弹力进行了描述,建立了空气弹簧横向非线性模型。基于实测数据和有限元方法辨识了摩擦力、线弹力和其他动力学参数,试验验证了该模型的准确性,探究了空气弹簧横向刚度特性的影响因素。将该模型直接导入到车辆动力学模型中进行联合仿真,计算空气弹簧模型对车辆运行平稳性、曲线通过性的影响。结果表明：考虑橡胶气囊特性的空气弹簧模型能描述出刚度回滞曲线的两端尖角效应,且与试验曲线更接近;该模型在动力学计算中能降低高速列车的横向平稳性指标,并提高列车通过曲线时的计算精度。     

囊式空气弹簧平衡性分析

空气弹簧是一种低频、高效隔振零件,目前已广泛应用于舰船以降低主要动力设备的振动与噪声传递。空气弹簧的平衡性严重影响了隔振系统的安全与可靠性,而帘线缠绕角是决定空气弹簧平衡性的关键。为定量分析帘线缠绕角对空气弹簧平衡性的影响,针对舰用JYQN囊式空气弹簧,对其囊体几何模型进行简化,进而依据弹性薄壳无矩理论,建立囊体平衡方程和边界条件,推导出囊体经向和纬向薄膜内力公式。结合囊体复合材料分析,给出囊体帘线平衡角计算公式,提出空气弹簧囊体的平衡性分析方法。当骨架帘线铺设角度接近平衡角时,此时得到的空气弹簧囊体在内压和承载作用下的变形最小,具有较好平衡性。建立帘线平衡角与空气弹簧设计有效面积之间的函数关系,为空气弹簧设计与研制提供了理论依据。     

帘线层参数对空气弹簧性能的灵敏度分析

回顾商用车空气弹簧的发展和研究概况。运用有限元方法在ABAQUS软件中建立空气弹簧的模型,并对其弹性特性进行仿真计算。在所建有限元模型中,用Rebar单元模拟帘线复合材料,用符合流体静力学条件的流体单元模拟空气弹簧内部的压缩气体。通过将仿真结果与在MTS831弹性元件测试系统中的空气弹簧弹性特性试验结果进行对比,验证静态仿真可行性和精确性。对空气弹簧的初始内压和帘线层的各项设计参数进行灵敏度分析,结果表明,帘线角和帘线间距对空气弹簧静态特性的影响较大,二者均为较容易改变的设计参数;帘线角和帘线层数对空气弹簧动态特性的影响较大。分析结果可为同类空气弹簧的设计与优化提供参考。     

应用ABAQUS的膜式空气弹簧弹性特性仿真研究

以某乘用车悬架膜式空气弹簧为研究对象,建立空气弹簧的有限元分析模型。应用有限元分析软件ABAQUS对其垂向静态力学特性进行仿真分析。有限元数值计算结果与空气弹簧的垂向静态力学特性试验结果吻合度较高,证明了有限元数值计算方法的正确性。对膜式空气弹簧结构设计参数进行灵敏度分析,得出的结论是:气囊内压与帘线角是膜式空气弹簧静态力学特性的最敏感参数。     

基于有限元的空气弹簧垂直刚度特性分析

针对汽车车用空气弹簧对整车性能的影响,分析空气弹簧的垂直刚度特性尤为重要.在对膜式空气弹簧垂直刚度特性进行理论分析的基础上,采用ADINA进行了数值模拟,并根据初始压力、帘线角度和帘线层数等参数的变化情况,讨论了各种参数变化对空气弹簧垂直刚度特性的影响.最后通过空气弹簧实际工作情况与有限元计算结果的对比分析,从而验证了有限元模型是正确性.     

初始内压和帘线间距对空气弹簧垂向特性的影响研究

运用Abaqus有限元软件,以膜式空气弹簧为例,简述了空气弹簧分析中的有限元基本理论并建立其有限元模型,通过对影响空气弹簧垂向特性的初始内压和帘线间距2个关键因素进行仿真分析,得到不同初始内压和不同帘线间距的几组垂向位移-载荷曲线。分析表明：空气弹簧的垂直刚度随初始内压的增大而增大;空气弹簧外径膨胀造成帘线间距增大,从而引起垂向刚度降低;初始内压越大,空气弹簧外径膨胀对帘线间距变化的影响程度也越大。本研究对空气弹簧设计中如何合理选择初始内压和帘线间距提供了参考。     

汽车座椅空气弹簧静刚度特性计算与试验研究

以某商用车驾驶室座椅空气弹簧为研究对象,建立了汽车座椅空气弹簧的有限元分析模型。应用非线性有限元分析软件ABAQUS对其垂向静态刚度特性进行了计算分析。根据国标《汽车悬架用空气弹簧——橡胶气囊》(GB/T13061-1991)对汽车座椅空气弹簧进行了垂向静刚度特性试验,将试验结果与仿真计算结果进行对比,得到的刚度曲线与仿真结果具有很好的一致性,证明了分析方法的有效实用性,对汽车座椅空气弹簧产品的开发与结构设计具有一定的借鉴意义。     

Incline compensation control using an air-spring type active isolated apparatus

In order to avoid the deformation of main body supported by air-spring type active isolated apparatus, a pressure feedback was previously introduced for its isolated apparatus. The primal purpose of this feedback was to suppress the deformation of the main body by controlling air-spring force. Furthermore the author recognize that the incline of the main body due to XY stage scanning will be easily compensated by utilizing that the driving mechanism of air-spring with the pressure feedback becomes an astatic system. If the incline of the main body is effectively corrected, the precise scanning of XY stage is expected because the disturbance for the control loop of XY stage is removed.Firstly, this paper briefly shows the principle of the pressure feedback which provides a basis for the incline compensation. Secondly, the feed-forward scheme for its compensation is clarified. Finally, the experimental results of the incline compensation are shown.     

气垫输送机气垫参数量化研究

首先从物料受力平衡观点出发,给出不同盘槽位置角气垫压力的计算公式。并以实例,图形表示气垫压力的分布规律。其次以不可压缩粘性流体流动理论为基础,把气垫流场简化为平行平板和成一定角度平板的缝隙流流动模型,给出气垫厚度的两种计算方法;再次以能量守恒定律为基础,给出不考虑能量损失与考虑能量损失气垫厚度的两种计算方法。并以实例代入,将四种计算结果用图形表示,对比分析。     

基础隔震结构橡胶支座时变非线性特性识别

为了解基础隔震结构在地震作用下的性能状态,基于小波多尺度分析技术提出一种识别橡胶支座时变非线性恢复力模型的方法。首先,基于离散序列小波多尺度分析(multi-resolution analysis,简称MRA)理论,将橡胶支座时变非线性未知恢复力采用Daubechies小波多尺度分解的小波系数近似表达,将时变问题转化为时不变问题;其次,通过最小二乘法估计各尺度小波系数,将估计的小波系数进行重构获得橡胶支座的非线性恢复力;最后,进行数值模拟验证。数值算例表明,在上部结构刚度变化时,该方法可以准确识别出橡胶支座的非线性特性,同时也可以很好地识别出上部结构的时变刚度,验证了该算法的有效性和正确性。     

用陀螺理论求解液压锥差马达动力学方程

根据液压锥差马达机构特点,进行机构的受力分析,运用陀螺理论即刚体定点转动理论,建立液压锥差马达的欧拉动力学方程,推导出马达输入油压与输出转速的理论解析式,并作较深入的讨论,总结出该型马达的工作特性,为该型马达的设计提供了可靠依据。     

高转速下主轴-双面锁紧刀柄接触特性预估

采用有限元方法获得不同转速下端面和锥面的接触压强,基于该压强采用三维分形和赫兹接触理论计算双面锁紧刀柄与主轴的接触刚度,建立高转速下主轴-双面锁紧刀柄系统仿真模型。分析不同参数对主轴-双面锁紧刀柄(BTF40)系统锥面接触率及结合部接触刚度的影响规律,确定了该新型刀柄的极限转速、拉刀力、碟簧刚度和碟簧预紧力的合理取值区间,研究结果为双面锁紧刀柄的设计与优化提供了理论依据。     

金属橡胶恢复力的迟滞模型研究

依据金属橡胶变形的主要特征,对金属丝螺旋卷的空间位形、接触模式进行了分析。提出了基于变长度曲梁的细观结构单元和接触作用模型,考虑摩擦接触点分布规律,建立了金属橡胶恢复力的迟滞模型,实现了金属橡胶在不同变形幅值下的加卸载恢复力的预测。通过不同相对密度的金属橡胶试件对所建模型进行了试验验证,发现理论计算结果和试验结果有较好的一致性。     

基于Kirchhoff动力学比拟理论的柔性管件维修可视化

为逼真模拟柔性管件在虚拟维修过程中的变形过程,提出了基于横截面假设的软管模型构建方法。将软管的变形过程转换成截面中心受力后的响应过程,结合软管的物理特性,对其进行平衡状态下的受力分析;构建了软管Kirchhoff动力学平衡方程,为便于求解,使用欧拉四元参数法对动力平衡方程进行转换;构建了基于几何约束的圆截面运动微分方程,使用有限差分法对方程进行求解;基于软管模型假设,提出了基于节点间最短距离的碰撞检测方法。最后,以天然橡胶软管为仿真对象,结合其几何特征和物理特征,对其运动过程进行数值模拟,仿真结果证明,该方法可以有效模拟橡胶软管受力后的空间形态。     

橡胶垫参数及结构形式对高圆簧加橡胶垫的横向刚度的影响

高圆簧加橡胶垫这一结构具有较小的横向刚度,能显著改善机车车辆的动力学性能,并且能有效减小高圆簧所受的应力。但是高圆簧加橡胶垫这一结构的参数,会对其横向刚度值以及机车车辆的动力学性能产生很大的影响。通过将理论分析与具体的算例相结合分析了橡胶垫结构参数如橡胶垫硬度、橡胶垫的厚度、橡胶垫内径的大小对高圆簧加橡胶垫这一复合结构横向刚度的影响,在此基础上,还对橡胶垫以不同结构形式与高圆簧配合时高圆簧加橡胶垫的横向刚度进行了分析和对比,从而对高圆簧加橡胶垫这一结构的横向刚度特性进行了系统分析,为理论分析计算以及实际设计和选择应用高圆簧加橡胶垫这一结构提供了参考依据。     

并联结构六维力传感器性能分析与优化设计

基于螺旋理论和空间模型理论绘制了Stewart平台型六维力传感器的性能图谱,总结了结构参数对传感器各性能指标的影响规律;在此基础上对大型Stewart平台六维力传感器的结构进行了非线性单目标、多目标优化设计,为具有普通球形铰链大型Stewart平台六维力传感器的设计和优化提供了依据。     

橡胶摩擦磨损过程中振动现象的研究

利用测振仪对丁腈橡胶在摩擦磨损过程中出现的振动进行了测量,发现振幅随着转速的提高而逐渐增大,但达到某一临界转速后,振幅随转速增大而减小。通过理论分析发现振动现象的实质是构胶对销子的作用力的周期性变化引起销子的受迫振动。该现象与摩擦力密切相关,同时还造成磨损抽不均匀。