带附加气室空气弹簧垂向动力学特性有限元分析及试验研究

摘要

空气弹簧作为悬架系统的弹性元件,具有刚度变化、振动频率低等优越性。空气弹簧通过管路连接附加气室组成带附加气室空气弹簧系统,进一步提高系统的减振性能,并可通过调节附加气室容积来改变弹簧的刚度,有效地提高车辆对不同路况的适应能力。
　　 以FirestonelR1A390-295型膜式弹簧为空气弹簧弹性元件,通过管路连接附加气室组成带附加气室空气弹簧系统,采用有限元分析和试验相结合的方法对带附加气室空气弹簧系统的垂向力学动力学特性进行分析。
　　 介绍了带附加气室空气弹簧的结构形式和工作原理,分析了该系统的热力学特性和垂向刚度特性。空气弹簧有限元建模过程中,选取Rebar模型模拟气囊的帘线层,分析帘线层的几何特性在弹簧工作过程中力学性能的变化、气体单元与囊皮间的相互作用,计算气体单元容积,分析连接管路的流量特性等。讨论空气弹簧的接触非线性理论,解决了空气弹簧非线性特性在有限元软件ABAQuS中的实现方法。
　　 运用ABAQUS有限元分析软件建立的带附加气室空气弹簧有限元模型进行静、动态力学特性的分析计算。通过静态特性仿真分析,探讨初始气体压力、气囊的帘线和附加气室容积等因素对空气弹簧内部容积、囊体径向变形位移、囊体应力及静态刚度的影响;通过动态特性仿真分析,探讨空气弹簧动刚度随初始气压、连接管路管径、附加气室容积的变化与频率之间的关系。
　　 构建带附加气室空气弹簧试验系统,并进行特性试验。通过将试验结果与有限元仿真计算结果进行对比分析,发现两种结果有较好一致性,表明所建有限元模型是正确的,所采用的分析方法是可行的,对带附加气室空气弹簧的进一步研究具有指导意义。