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缓冲块静态特性有限元分析与实验对比

何云峰

上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心

摘要：为了研究设计的缓冲块承受的载荷是否满足悬架匹配要求，利用abaqus/standard建立

缓冲块的有限元模型，根据硬度和缓冲块在上极限的压缩量，反求其支反力，研究设计的缓

冲块是否符合设计要求，为缓冲块的设计提供一种指导方向，并通过实验进行实际模型的验

证，从而缩短产品的开发周期，节约成本。

关键字：缓冲块有限元分析强度分析刚度曲线abaqus

TheBumpstopstaticfiniteelementanalysisandexperimentalcomparison

HeYunfeng

Abstract:Inordertoresearchthedesignloadofthebufferblockwhetheritmeetthe

suspensionmatchingrequirements,establishthebufferblockfiniteelementmodelusing

abaqus/standard,basedonthehardnessandtheamountofcompression,ofthebuffer

blockintheupperlimit，acquirethereactionforce,researchthebufferblockdesign

whetheritmeetdesignrequirements,provideaguidanceforthedesignofthebufferblock,

andverifytheactualmodelthroughexperiments,soastoshortentheproduct

developmentcycle,savingthecost.

Kcywords：BumpstopFiniteElementMethodStrengthAnalysisThestiffnesscurveabaqus

0引言

自20世纪30年代初，橡胶与金属件的硫化技术在国际上取得成功后,橡胶件在工程上的

应用得到扩展。

随着汽车工业的飞速发展[1],人们对舒适性与NVH的要求越来越高，为了改善车辆动力学

性能，隔离路面不平程度引起的振动噪声，在悬架系统各构件的连接部位往往大量采用橡胶

衬套，因此研究橡胶元件的力学性能对改善汽车舒适性和NVH具有重要意义,本文结合有限

元软件abaqus/standar对某微车的缓冲缓冲块的设计和力学性能进行分析.

1、橡胶材料的超弹性本构模型及其选择

橡胶材料与普通金属材料不同，橡胶材料同时具有几何非线性和材料非线性，橡胶的这

种双重非线性导致在橡胶材料受力以后，其变形是一个非常复杂的过程，同时具有大位移、

大应变，本构关系非常复杂[2]。此外，橡胶材料的另一个突出特点是体积不可压缩性。加之

它的的力学行为对工作温度、加载过程等十分敏感，这样就使得描述橡胶的行为更加复杂，

橡胶材料本构关系可以用应变能密度函数来表示。其中一类用变形张量的三个不变量I1、

I2和I3表示应变能密度函数，即W=W(I1,I2,I3)，另一类用三个主伸长比λ1、λ2和λ3表示

应变能密度函数，即W=W(λ1,λ2,λ3)，变形张量的三个不变量和三个主伸长比的关系

为

I1=λ12+λ2+λ2

23

I2=λ2λ2+λ2λ2+λ2λ2（1）

122331

I3=λ2λ2λ2

123

式中的主伸长比为

λi=(L0+ΔL)/L（i=1、2、3）

其中L0为橡胶试样初始长度,ΔL为变形长度,λ的下标1、2、3分别代表X、Y、Z轴方向。

假设橡胶材料为各向同性和不可压缩材料,则I3=1,因此可将W=W(I1,I2,I3)简化为

W=W(I1,I2)（2）

1.1、Mooney-Rivlin模型和Neo-Hookean模型

Mooney-Rivlin模型和Neo-Hookean模型是橡胶里面常用的本构模型，Mooney-Rivlin模型

几乎可以模拟所有的橡胶材料的力学行为，适用于中小变形，其应变能密度可以分解应变偏

量能和体积应变能，其应变能密度函数模型如下

NN1

W???????

CijI3)i(I3)(J1)2

(

jK

12

d

i?j?1k?1k

，（3）

由于体积不可压缩,所以j=1，无论N取何值，初始的剪切模量

?和初始的体积模量k都取决

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