悬置橡胶衬套简化建模方法研究及应用

摘要

汽车的NVH性能是评价整车舒适性的重要指标之一，汽车在行驶时，主要受到来自发动机和路面不平度的激励。悬置系统作为连接发动机和车身的重要部件，其隔振性能对汽车的乘坐舒适性具有重要影响，性能良好的悬置系统不仅可以有效减弱来自发动机的激励，而且可以延长发动机以及其他部件的使用寿命。
　　某MPV车型进行悬置隔振率实验时发现右悬置Z向隔振率在怠速工况时未满足要求，需要对其进行优化，提出改进措施。然而基于整车有限元模型尝试进隔振率有限元分析时，发现隔振率分析结果与实验结果差异较大。分析发现，整车有限元模型中悬置橡胶衬套的建模方式过于简单，不能表现出其真实的动态特性，因此隔振率分析精度较低。基于以上问题，本文工作内容可分为两大部分:建立新型的悬置橡胶衬套简化模型;进行隔振率分析并完成优化。本文主要进行了以下工作:
　　1、首先阐述了问题MPV车型的基本信息，悬置隔振率基本理论，悬置隔振率实验方法，获取了该车型右悬置Z向在不同转速下的隔振率。
　　2、阐述了橡胶材料的几种特性，并对橡胶材料的超弹性和粘弹性特性做了详细论述。分析了几种常用的橡胶材料超弹性力学模型，并介绍了当前国际上通用的橡胶材料基础试验方法。分析了基础的橡胶材料粘弹性力学模型，并推导出了5参数广义Maxwell模型的力学方程，将其作为描述悬置橡胶衬套的力学模型。
　　3、讨论了悬置橡胶衬套动态特性的获取方法，介绍了有限元分析方法的基本理论，以及采用的有限元分析软件Aabqus。确定了有限元分析的基本流程，利用HyperMesh对悬置橡胶衬套进行前处理，在Aabqus中设置工况，最终获取了悬置橡胶衬套动刚度曲线和迟滞角曲线，为整车有限元模型中建立新型的悬置橡胶衬套简化模型奠定了基础。
　　4、建立了新型的悬置橡胶衬套简化模型，对悬置系统进行了隔振率分析、悬置支架被动侧接附点动刚度分析、悬置支架截断模型模态分析。从悬置支架被动侧接附点动刚度的角度出发，分析了导致隔振率不足的原因。
　　5、从加强悬置支架结构的角度出发，对悬置被动侧接附点动刚度进行优化，在尝试三个优化方案之后，发现效果并不理想;从整车模态分布角度，通过模态贡献量分析、模态应变能分析，找到了导致悬置支架被动侧接附点动刚度不足的原因，在对右侧围板进行针对性加强以后，悬置支架被动侧接附点动刚度得到有效提高，悬置隔振率也满足要求。
　　本文的突出之处在于提出了一种新型的悬置橡胶衬套简化建模方法，使得在整车有限元模型中悬置系统隔振率分析精度大大提高，具有重要的理论意义和实用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及选题意义

1．2 悬置系统国内外研究现状

1．2．1 悬置结构国内外研究现状

1．2．2 橡胶衬套动态特性国内外研究现状

1．2．3 悬置系统隔振性能优化国内外研究现状

1．3 主要研究内容及创新点

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 主要创新点

1．4 本章小结

第二章 悬置隔振率基本理论及实验

2．1 车型基本信息

2．2 隔振率基本理论

2．3 悬置隔振率实验

2．3．1 实验原理

2．3．2 实验仪器

2．3．3 测试条件

2．3．4 实验方案

2．3．5 实验结果处理

2．3．6 测试结果

2．4 本章小结

第三章 橡胶材料力学模型

3．1 橡胶材料主要特性

3．1．1 超弹性

3．1．2 粘弹性

3．1．3 频率相关性

3．1．4 振幅相关性

3．1．5 温度相关性

3．2 橡胶材料超弹性力学模型

3．2．1 几种主要的超弹性力学模型

3．2．2 超弹性特性参数获取方法

3．3 橡胶材料粘弹性力学模型

3．3．1 微分型粘弹性力学模型

3．3．2 积分型粘弹性力学模型

3．4 本章小结

第四章 悬置橡胶衬套动态特性仿真分析

4．1 有限元分析及仿真软件

4．2 悬置橡胶衬套动态特性仿真分析

4．2．1 悬置橡胶衬套动态特性分析原理

4．2．2 悬置橡胶衬套有限元建模

4．2．3 悬置橡胶衬套材料本构参数

4．2．4 悬置橡胶衬套耦合约束

4．2．5 悬置橡胶衬套动态特性分析工况

4．2．6 悬置橡胶衬套动态特性仿真曲线

4．3 本章小结

第五章 悬置系统NVH性能分析

5．1 整车有限元模型建模

5．1．1 有限元分析软件

5．1．2 整车有限元模型的建立

5．2 悬置橡胶衬套简化建模

5．2．1 传统的悬置橡胶衬套简化建模方法

5．2．2 悬置橡胶衬套力学模型

5．2．3 悬置橡胶衬套动刚度曲线拟合

5．2．4 新型的悬置橡胶衬套简化建模方法

5．3 悬置系统隔振率有限元分析

5．3．1 振动传递函数分析基本理论

5．3．2 悬置系统隔振率有限元分析

5．4 接附点原点动刚度分析

5．4．1 接附点原点动刚度基本理论

5．4．2 悬置支架被动侧接附点动刚度分析

5．5 悬置截断模型模态分析

5．5．1 悬置支架截断模型模态分析基本理论

5．5．2 悬置支架截断模型模态分析

5．6 本章小结

第六章 悬置系统隔振率优化

6．1 悬置支架结构加强

6．1．1 优化方案一

6．1．2 优化方案二

6．1．3 优化方案三

6．2 基于整车模态分析的悬置系统隔振率优化

6．2．1 模态分析基础理论

6．2．2 整车模态分析

6．2．3 模态贡献量分析

6．2．4 模态应变能分析

6．2．5 优化后动刚度分析与隔振率分析

6．3 本章小结

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果