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振动与冲击

第２６卷第１０期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫ

基于超弹性、分数导数和摩擦模型的碳黑填充橡胶隔振器动态建模

潘孝勇。，上官文斌，柴国钟，徐驰

（１．浙江工业大学机械制造及自动化省部共建教育部重点实验室，杭州３１００１４；

２．宁波拓普声学振动技术有限公司，宁波３１５８００；３．华南理工大学汽车工程学院，广州５１０６４１）

摘要：碳黑填充橡胶隔振器（以下简称“橡胶隔振器”）的动态特性与预载、激振频率和激振振幅相关。实验测

试了一橡胶隔振器的动态特性，建立了基于超弹性、分数导数和摩擦模型的橡胶隔振器动态特性的非线性模型，其中超弹

性模型用于描述橡胶隔振器的弹性，分数导数模型用于表征橡胶隔振器动态特性的激振频率相关性，摩擦模型用于表征

橡胶隔振器动态特性与激振振幅相关的特性，文中论述了建模方法和参数辨识方法。有限元分析获得橡胶隔振器的静态

力一位移曲线，利用测试得到的橡胶隔振器在大振幅、低频激励下的力一位移关系，拟合得到橡胶隔振器动态模型中摩擦

模型的参数，利用测试得到的橡胶隔振器在小振幅、高频激励下的力一位移关系，拟合得到橡胶隔振器动态模型中分数导

数模型的参数。利用建立的模型和拟合得到的参数计算分析了橡胶隔振器动态特性的振幅相关性、频率相关性和预载相

关性，并与实验结果进行了对比分析。分析结果表明，建立的模型可以较好的描述橡胶隔振器的动态特性。

关键词：橡胶隔振器；动态特性建模；超弹性；摩擦模型；分数导数

中图分类号：ＴＫ４１７．１２７文献标识码：Ａ

碳黑填充橡胶隔振器（以下简称“橡胶隔振器”）橡胶隔振器动态特性的频率相关性，但弹性力部分仍

广泛应用于汽车减振系统中，如汽车动力总成悬置、悬然采用线弹性理论和基于几何特征形状因子的几何非

架衬套和排气系统吊耳等。在诸如发动机悬置系统隔线性，忽略了材料的超弹性特征且在描述复杂特征的

振分析、悬架系统动力学分析、整车平顺性分析和排气橡胶隔振器时较为困难，因而使该模型的适用性受到

系统振动分析中，都需要对橡胶隔振器的动态特性进较大限制。

行精确建模，因此对其动特性的准确预测是非常重要本文实验测试了一橡胶隔振器的动态特性，建立

的。橡胶隔振器包含很强的非线性特征，受预载、激振了基于超弹性、分数导数和摩擦模型用于表征橡胶隔

频率和激振振幅等因素的影响：使得其动态特性的建振器动态特性的建模方法。在所建立的模型中，基于

模变得较为困难。有限元分析获得了橡胶隔振器的静态力一位移曲线，

最早用于橡胶隔振器动特性模拟的是Ｋｅｌｖｉｎ—利用测试得到的橡胶隔振器在大振幅、低频激励下的

Ｖｏｉｇｔ模型¨』，为了更有效地预测橡胶在高频时的动态力一位移关系，拟合得到橡胶隔振器动态模型中摩擦

特性，又发展了Ｍａｘｗｅｌｌ模型和三参数Ｍａｘｗｅｌｌ模型模型的参数，利用测试得到的橡胶隔振器在小振幅、高

等ｌ２』，这些模型虽然增加了描述的变量并得到较为广频激励下的力一位移关系，拟合得到橡胶隔振器动态

泛的应用，但一些参数的物理意义并不明确。Ｂａｇｌｅｙ模型中分数导数模型的参数。利用本文建立的建模方

在文献中，在描述粘弹性材料的动态特性时，引入分法和参数识别方法，对橡胶隔振器的动态特性进行了

数导数概念，可以用较少的模型参数来表征橡胶材料计算分析，分析结果表明，考虑了材料超弹性的模型可

的频率相关性