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原文传递某重型卡车叠层橡胶弹簧有限元分析及稳健设计

论文题名：	某重型卡车叠层橡胶弹簧有限元分析及稳健设计
关键词：	叠层橡胶弹簧;本构模型;有限元分析;稳健设计;重型卡车
摘要：	随着我国重型卡车工业的飞速发展，作为影响重型卡车安全性、舒适性和使用寿命的卡车悬架系统的重要性得到日益的凸显。为了获得良好的隔振减振效果，新型的悬架系统不断开发和应用到重型卡车上，其中橡胶悬架由于其具有自重轻、免维护、性能优越等一系列特点而受到越来越多的关注。生产厂家需要根据用户的需求不断改进设计橡胶悬架中的关键元件橡胶弹簧，而目前传统的橡胶弹簧的设计方法难以满足快速变化的市场需求。虚拟样机技术尽管为橡胶弹簧的设计提供了一种有效的解决途径。但是，基于有限元分析技术的橡胶弹簧设计过程中仍然存在着橡胶材料本构模型的快速建立、不同橡胶材料本构模型的比较分析、橡胶本构模型材料参数的精确确定以及如何将稳健性设计方法应用于橡胶弹簧的设计过程中等诸多难题。　　本文首先详细叙述了在汽车橡胶元件有限元分析中应用广泛的橡胶线弹性本构模型和几种橡胶超弹性体本构模型，在此基础上介绍了传统试验方法确定橡胶材料本构模型中材料参数的求解过程，并重点研究了基于橡胶硬度确定线弹性本构模型和Mooney-Rivlin本构模型中材料参数的快速计算方法。　　基于有限元分析软件ANSYS，针对隔震橡胶块变形过程进行仿真模拟，分别建立了线弹性本构有限元模型和Mooney-Rivlin本构有限元模型，采用基于橡胶硬度确定橡胶材料本构参数的快速计算方法来获得材料参数，获得了两种常用的本构模型对隔震橡胶块变形特性的模拟精度，并与已有的试验数据进行对比，从而确定了Mooney-Rivlin模型在对橡胶元件的有限元模拟过程中具有更高的精度。　　通过建立叠层橡胶弹簧的有限元模型，对橡胶材料Mooney-Rivlin本构模型的材料参数进行了进一步研究，获得了一系列不同C01/C10比值下的叠层橡胶弹簧垂向静刚度有限元仿真曲线，通过与试验曲线进行对比和误差分析，确定了最为吻合试验曲线的橡胶材料参数，从而建立了较为精确的叠层橡胶弹簧的有限元模型。　　对叠层橡胶弹簧的结构设计参数：橡胶材料层数N、倾角α以及橡胶材料直径D的进行了灵敏性分析，在此基础上确定了稳健性设计的控制因子与控制水平。针对目标设计曲线，将稳健性设计方法应用于叠层橡胶弹簧垂向静刚度曲线的优化设计过程中，最终确定了与目标设计曲线最为吻合的设计方案。　　本文对叠层橡胶弹簧进行了精确的建模、有限元分析和稳健性设计，可以应用于橡胶元件的建模和改进设计中去；同时，整个分析过程能够克服试验条件不足的缺陷，具有较强的可操作性，因而在橡胶元件的工程设计中具有一定的应用价值，为橡胶元件的研究和设计，提供了值得借鉴的研究方法和途径。
作者：	朱武
专业：	机械工程
导师：	侯淑娟;韩旭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文