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汽车摆臂衬套的静态特性研究
上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心何云峰
摘要:摆臂橡胶衬套是汽车悬架系统中重要的承载元件和隔振元件,其刚度特性直接影响悬
架的弹性运动学,整车的操作稳定性和整车NVH特性。以某车型摆臂橡胶衬套为研究对象,
通过对橡胶材料进行单轴拉伸试验,拟合出Mooney-Rivlin模型的材料参数,利用非线性有
限元软件abaqus建立摆臂橡胶衬套有限元模型,提取橡胶衬套轴向、径向和扭转刚度,并
与试验的测试结果结果进行对比,结果表明,误差在允许范围内,验证有限元模型的准确性
为橡胶衬套产品的设计与开发具有重要的指导作用
关键字:橡胶衬套单轴拉伸试验Mooney-Rivlin模型刚度试验
Staticcharacteristicresearchofcontrolarmbushingofthecar
Abstract:Controlarmrubberbushingisanimportantbearingcomponentandvibration
isolationcomponentsintheautomobilesuspensionsystem,itsstiffnesscharacteristics
directlyaffecttheelasticitykinematicsofthesuspensionandtheoperationstabilityofthe
vehicleandNVHcharacteristics.suchcontrolarmrubberbushingastheresearchobject,
usingtheuniaxialtensiletestofrubbermaterials,fittingoutmaterialparametersofthe
Mooney-Rivlinmodel,usingnonlinearfiniteelementsoftwareaestablishfiniteelement
modelcontrolarmrubberbushing,extracttherubberbushingaxial,radialandtorsional
stiffnessandcomparingwiththeresultswiththetestresultsoftrials,theresultsshowthat
Theerrorislessthan5%,verifytheaccuracyofthefiniteelementmodel,itcanguide
rubberbushingproductdesignanddevelopment.
Kcywords:RubberbushingMooney-RivlinFiniteElementMethodStiffnessExperiment
0、前言
为了改善整车的操作稳定性和和整车NVH特性,在悬架系统中采用大量的橡胶衬套。衬
套的刚度对悬架弹性运动性能影响较大。在产品设计中要实现衬套刚度的最佳匹配[1],所
以设计出能满足刚度要求的橡胶衬套具有十分重要的意义,橡胶衬套由于同时具备材料非线
性和几何非线性,同时还受温度和加载速度等的影响,使其在受到外力作用下表现不同的刚
度特性,虽然经过全球科学家和学者的不断努力,提出一些橡胶材料的本构模型,但目前还没有一套能完整表述橡胶材料的物理特性的力学理论体系,使得橡胶衬套的刚度特性成为汽
车系统研究的一个难点[2]。随着测试技术的发展,材料基础实验在橡胶材料的应用,为橡胶材料参数的识别和产品的验证提供了理论指导作用并获得广泛的应用,同时计算机技术和大型非线性有限元分析软件的发展,为橡胶产品的开发提供了理论指导,从而缩短产品的开发周期和节约开发的成本。本文以某车型摆臂衬套为研究对象,通过橡胶材料的单轴拉伸试验,获得Mooney-Rivlin模型的材料参数,利用非线性有限元软件abaqus对橡胶衬套轴向、径向和扭转刚度进行分析,并与试验测试结果进行对比,为橡胶衬套产品的设计与开发提供理论指导。
1、几种常用的橡胶材料本构模型
与金属材料相比,不能用传统的杨氏模量、泊松比来表征橡胶材料特性,橡胶由于同时具备
材料和几何非线性,在受到外力的作用下,整个变形过程中应力应变关系成非线性变化,此
外,橡胶还具有体积不可压缩的特点,且力学特性还受环境、温度和加载速度的影响,使得描述橡胶的材料特性非常困难,目前较成熟
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