液压悬置橡胶主簧动特性的参数化研究和有限元分析

摘要

液压悬置结构紧凑、重量轻、隔振性能好,是发动机隔振元件中一类较新的产品。由于其能在不同的激振频率和激振振幅下提供不同的刚度和阻尼,隔振效果优于传统的橡胶悬置,因此在汽车上应用的越来越普遍。本文以某一国产轿车的液压悬置为研究对象,对液压悬置的动特性和基于动刚度和滞后角的参数化分析进行了深入研究。对液压悬置橡胶主簧的静特性和动特性进行了有限元仿真分析和实验验证。
　　 首先针对所研究的惯性通道-解耦膜式液压悬置进行了结构和工作原理分析,利用振动理论和流体力学的原理进行了数学推导,采用集总参数法建立单质量.液压悬置的非线性力学模型和数学模型。该模型充分考虑了橡胶结构、流体振荡、通道压力损失以及惯性通道形状等因素对悬置动特性的影响。介绍了液压悬置动特性的评价指标,然后对液压悬置的非线性动特性进行理论分析。对惯性液柱的固有频率和位移频率函数进行了定义,并分别对液压悬置在低频、高频和共振频率的动特性进行了详细的分析。运用MATLAB编程进行了低频动特性仿真计算,并通过低频试验证明该结果的正确性和模型的可靠性。
　　 其次对液压悬置的非线性动特性进行了参数化分析,分别研究了激振条件、橡胶主簧参数、惯性通道参数和液体物理性质参数对悬置动特性的影响。对比分析表明:液压悬置的动刚度特性受橡胶主簧和液压减振机构的共同影响,阻尼特性受液压机构影响比较大。总结各参数对悬置动特性的影响规律,并以传递到固定端的力最小为目标函数对液压悬置的结构参数进行优化。结果表明,在相同的激振条件下,优化后的悬置元件传递到固定端的力减小,有效的提高了悬置的减振性能,说明悬置优化结果良好。
　　 最后,运用有限元分析的方法,建立了橡胶主簧的有限元模型。在ABAQUS中分析了液压悬置橡胶主簧的动态特性。采用动刚度和滞后角两个参数对橡胶主簧的动态特性进行表征。在分析过程中,分为低频和高频两种情况,采用不同振幅的激励进行仿真计算。结果表明:低频范围内橡胶主簧动刚度随着频率的增加而增加,变化幅度较小；滞后角随频率的增加而增加,变化幅度较大。高频条件下,橡胶主簧动刚度随着频率增加而变大,此种情况下的动刚度比低频、大振幅激励时的动刚度要大。而橡胶主簧滞后角则随着频率的增加而略有增加,变化幅度较小。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 悬置元件的发展状况

1.2.1 橡胶悬置

1.2.2 被动式液压悬置

1.2.3 半主动和主动式液压悬置

1.3 液压悬置动特性研究综述

1.3.1 国外研究动态

1.3.2 国内研究动态

1.4 论文的研究价值及研究内容

第二章 液压悬置理论模型的建立

2.1.液压悬置的结构和工作原理

2.1.1 液压悬置的结构

2.1.2 工作原理

2.2 液压悬置的物理模型

2.2.1 物理模型的基本假设

2.2.2 液压悬置的物理模型

2.3 非线性数学模型的建立

2.3.1 橡胶主簧复刚度模型

2.3.2 橡胶主簧等效活塞面积

2.3.3 惯性通道模型

2.3.4 解耦膜数学模型

2.4 本章总结

第三章 液压悬置动特性仿真分析及实验验证

3.1 液压悬置减振性能的评价指标

3.1.1 动刚度、滞后角和阻尼系数获取方法

3.1.2 动刚度、滞后角和阻尼系数的数学分析

3.2 运用量纲分析验证模型

3.2.1 试验设备和试验方法

3.2.2 动态特性试验分析

3.3 小结

第四章 液压悬置动特性参数化分析及优化

4.1 影响液压悬置动特性的主要因素

4.2 参数变化对液压悬置的性能影响

4.2.1 激振幅值对悬置性能的影响

4.2.2 橡胶主簧性能参数对悬置性能的影响

4.2.3 惯性通道参数对悬置性能的影响

4.2.4 液体物理参数对悬置性能的影响

4.2.5 设计参数对悬置动特性影响规律小结

4.3 液压悬置优化设计数学模型的建立

4.3.1 设计变量的选择

4.3.2 目标函数

4.3.3 约束条件

4.3.4 优化设计的标准形式

4.3.5 结构参数优化设计

4.3.6 优化结果分析

4.4 本章小结

第五章 橡胶主簧有限元分析

5.1 液压悬置橡胶主簧有限元模型的建立

5.1.1 有限元模型的选择

5.1.2 液压悬置橡胶主簧材料特性参数的确定

5.1.3 单元类型的选择

5.1.4 网格的划分

5.1.5 设定分析过程

5.1.6 施加边界条件和载荷

5.2 橡胶主簧静特性分析

5.2.1 橡胶主簧静特性仿真计算

5.2.2 橡胶主簧静特性试验

5.3 橡胶主簧动特性分析计算

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 主要研究内容

6.2 本文存在的问题及展望

参考文献

致谢

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