汽车悬架缓冲块性能分析与结构优化研究

摘要

缓冲块由超弹性材料构成，具有良好的非线性特性，能够将冲击能量吸收转化为形变能，被广泛应用在汽车悬架系统上，起到限位、缓冲和副簧的作用。合理的设计缓冲块能够改善汽车行驶的平顺性和操稳性。　　基于汽车悬架的相关理论，探究了缓冲块对悬架系统的影响以及与平顺性和操稳性的关系。对缓冲块的力学特性进行了探讨，在已知的悬架参数前提下计算出缓冲块力学特性曲线——刚度曲线的设计要求。通过探究缓冲块的力学特性曲线得出缓冲块的性能评价指标。　　影响缓冲块力学特性的最重要因素是材料和形状。本文从缓冲块的材料——橡胶出发，对橡胶材料的本构模型进行探究，并采用了一种试验加软件结合的方法对本构模型参数进行识别。探究了缓冲块这类轴对称体的有限元仿真方法，对比了实体单元和轴对称单元的有限元计算时间，验证了轴对称单元的优越性。对有限元中的求解方法——显式算法和隐式算法进行了探讨。　　基于ABAQUS软件，建立了前、后缓冲块的有限元模型并对建模过程中的单元选择、网格划分、接触定义、边界条件等关键步骤进行了探讨。建立了用于实测缓冲块刚度曲线的试验工装，对缓冲块样件进行了实测。对比了仿真计算和实测的结果，验证了有限元模型的正确性和实用性。通过Python语言对ABAQUS软件进行简易的二次开发，将仿真计算过程代码化并建立循环实现了批量仿真计算。　　以缓冲块的结构参数为变量，性能评价指标为响应值，基于正交试验法对结构参数进行灵敏度计算，筛选出灵敏度高的结构参数。基于BBD试验法进行仿真试验，建立用于构建响应面的样本。通过Design-Expert软件计算得到缓冲块结构参数和响应值的近似方程。以缓冲块性能评价指标最优为目标，建立优化模型。运用遗传算法对优化模型进行求解，获得了满足条件的最优结构参数组合。将优化后的缓冲块和螺旋弹簧组合，分析在不同动载荷下对平顺性和操稳性的影响。　　综上所述，本文建立的优化设计方法能够较好的设计缓冲块的结构，对工业上设计缓冲块具有参考价值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 悬架缓冲块研究现状

1.2.1 缓冲块材料研究现状

1.2.2 缓冲块形状研究现状

1.2.3 缓冲块性能优化研究现状

1.3 研究背景及意义

1.4 本文主要研究内容和章节安排

第二章汽车悬架缓冲块的性能要求及计算方法

2.1 引言

2.2 悬架缓冲块对平顺性的影响

2.3 悬架缓冲块对操稳性的影响

2.3.1 悬架的线刚度与侧倾角刚度

2.3.2 缓冲块对操稳性的影响

2.4 缓冲块刚度设计及其评价指标

2.4.1 缓冲块刚度设计

2.4.2 缓冲块评价指标

2.5 汽车缓冲块刚度计算的方法

2.5.1 橡胶材料本构关系及识别方法

2.5.2 轴对称体的有限元仿真方法

2.5.3 有限元求解方法

2.6本章小结

第三章 汽车缓冲块刚度的计算及试验验证

3.1 引言

3.2 缓冲块刚度计算模型

3.2.1 缓冲块模型

3.2.2 单元类型及网格划分

3.2.3 材料的选择和分配

3.2.4 接触定义

3.2.5 约束条件和载荷条件

3.2.6 能量平衡

3.3 缓冲块刚度试验及结果对比

3.3.1 前悬架缓冲块

3.3.2 后悬架缓冲块

3.4 增加缓冲块刚度计算效率的方法

3.4.1 参数化在ABAQUS中的实现

3.4.2 缓冲块的参数化建模

3.4.3 前处理

3.4.4 后处理

3.5 本章小结

第四章 汽车悬架缓冲块性能的优化方法

4.1 引言

4.2 缓冲块性能影响因素灵敏度分析

4.2.1正交试验

4.2.2 设计变量的选取

4.3缓冲块刚度计算的代理模型

4.3.1建立刚度响应面法的方法

4.3.2试验设计及刚度计算响应面模型建立

4.4缓冲块性能的结构优化

4.4.1 遗传算法简介

4.4.2 优化模型的建立

4.4.3 优化模型求解

4.5优化结果分析

4.5.1 不同动载荷下的平顺性分析

4.5.2 不同动载荷下的操稳性分析

4.6 本章小结

结论及展望

1.结论

2.展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果