基于衬套不完全刚度信息的材料参数识别及结构优化

摘要

橡胶衬套是整车系统中很重要的一种零部件，衬套的刚度对整车的操纵稳定性和舒适性有很大的影响。衬套的刚度主要由橡胶衬套的材料及衬套的结构决定。本文依托于某企业的衬套设计开发项目做了以下相关研究：如何通过橡胶不完整的力学特性基础实验数据，反求橡胶的本构参数；对在缺乏橡胶衬套材料参数的情况下，如何通过不完全的刚度实验数据反求橡胶衬套材料参数；基于网格变形技术对橡胶衬套进行结构优化实现流程自动化的技术进行了研究。本文就主要的围绕这三部分展开了以下工作：　　1、本文基于橡胶静态力学的研究方法，对橡胶材料进行材料力学特性基础实验：单轴拉伸实验和平面拉伸实验。利用实验结果对橡胶的超弹性本构模型进行识别，并研究了不同本构拟合刚度曲线与实验刚度曲线之间的重合度。经过综合对比，选择Yeoh本构模型作为橡胶衬套本次研究的本构模型。　　2、因为现在很多企业缺乏对橡胶材料进行力学特性实验条件，而且本研究也缺少双轴拉伸实验数据，所以通过材料特性实验识别的材料参数与橡胶材料实际参数存在有较大的误差。为了解决这一问题，本文提出了基于橡胶衬套不完全刚度实验数据对橡胶衬套的材料参数进行优化识别的方法。首先获得橡胶衬套的三向实验刚度曲线和衬套模型的仿真刚度曲线，然后再利用优化软件ISIGHT集成有限元软件ABAQUS和数学软件MATLAB，以橡胶的材料参数为设计变量，以橡胶衬套实验刚度曲线和仿真刚度曲线之间的面积差为优化目标，并选择ISIGHT自带的优化算法NLPQL作为本次参数优化识别的优化算法对橡胶衬套的材料参数进行优化识别。　　3、最后本文以优化识别得到的材料参数作为橡胶衬套的材料参数。尝试利用ISIGHT联合有限元软件ABAQUS和网格变形软件Sculptor对衬套模型建立结构优化设计流程自动化模型。模型中以橡胶衬套结构中的某些结构尺寸为优化设计变量，以橡胶衬套的目标刚度为优化设计的目标函数，选用NSGA-Ⅱ优化算法作为本次优化设计的优化算法。最终获得符合设计要求的橡胶衬套模型，该模型证明了基于网格变形技术对超弹性材料结构实现结构优化设计的流程自动化这种方法的可行性，为相关的元件的结构优化设计提供了一种参考方法。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 与本课题相关方向的研究现状

1.3 论文主要研究内容

2 橡胶材料力学特性研究

2.1 橡胶材料的基础特性

2.2 橡胶材料本构模型

2.3 橡胶材料力学特性实验

2.4 基于橡胶基础实验数据的本构拟合

2.5 本章小结

3 橡胶衬套静态力学特性研究

3.1 橡胶衬套静态刚度试验

3.2 橡胶衬套有限元仿真分析

3.3 本章小结

4 基于ISIGHT软件的参数优化识别

4.1 引言

4.2 ISIGHT软件简介

4.3 优化设计的基本概念

4.4 ISIGHT优化算法简介

4.5基于ISIGHT软件的参数优化识别

4.6 总结

5橡胶衬套结构优化流程自动化方法研究

5.1 前言

5.2 衬套常用结构分析

5.3 基于网格变形结构优化的基本理论与方法

5.4 基于Sculptor软件的结构优化

5.5 结合ISIGHT软件平台的Sculptor网格自动优化

5.6 总结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果附录