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原文传递悬架橡胶衬套静动特性研究及其应用

论文题名：	悬架橡胶衬套静动特性研究及其应用
关键词：	汽车工程;悬架系统;橡胶衬套;静刚度;动刚度;整车性能
摘要：	橡胶衬套主要用于车辆悬架系统各部件间以及与车身的连接，起到隔振降噪作用，其评价指标—静、动刚度不仅影响悬架运动特性，也影响平顺性等整车性能。本文以麦弗逊悬架的舒适性橡胶衬套与扭力梁悬架的斜置橡胶衬套为对象，开展了如下研究工作: 　　首先，在分析橡胶衬套材料超弹性本构关系特点及其方程的基础上，先建立两种衬套有限元模型，再通过对本构方程的系数仿真估算，实现衬套特定材料的单、双轴拉伸以及平面剪切三种力学性能试验的拟合，并与相应试验结果进行对比以建立衬套材料的合理本构关系;初选衬套材料本构方程系数，进行静态特性的三轴向刚度初步仿真并对比结构静刚度试验结果，以仿真逼近试验的思想构建优化目标函数，运用自适应响应面算法识别出较优衬套材料本构方程系数以建立精确衬套模型;对此衬套模型进行绕轴向的静刚度仿真，使衬套特性的评价指标—六向静刚度得到重构;为舒适性橡胶衬套设置不同大小的径缩量，研究轴、径向静刚度仿真曲线的变化规律，并与静刚度试验值进行对比以确定合理径缩量;对含全六向刚度衬套和含刚柔耦合衬套的扭力梁悬架分别进行结构强度分析，通过对比所得最大位移与最大应力以判定简单全六向刚度衬套模型的可用性。　　其次，从时域到频域分析建立橡胶衬套材料的粘弹性本构关系，确定使用prony级数来描述，按照衬套动态特性的受振原理，对衬套模型设定边界条件并施加频域内轴、径向位移激励，为prony级数赋初值并执行衬套动态特性初步仿真，得到轴、径向输出反力的频率依赖性曲线并与衬套动态特性试验结果进行对比，同样以仿真逼近试验的思想构建优化目标函数，运用自适应响应面算法识别出较优prony级数系数以建立精确衬套模型;对此衬套模型进行特定频率下的动态特性仿真，得到轴、径向输出反力与位移间的关系曲线，其所围面积即迟滞环是计算滞后角指标的关键参数，能确保衬套动态特性指标的完全重构;进一步为舒适性橡胶衬套设置不同大小的径缩量，分析轴、径向输出反力的频率依赖性曲线变化规律，将频率接近零时对应的轴、径向刚度和静刚度试验值进行对比以确定衬套动态特性研究时的合理径缩量。　　基于橡胶衬套静、动态指标在车辆性能分析中的重要性，列举悬架运动特性的分析方法，总结各类试验和相关文献中悬架运动特性评价指标的统计数据和运动规律，以此作为本文研究的准评价标准;通过对含橡胶衬套的麦弗逊与扭力梁悬架进行运动特性仿真，分析所得悬架运动特性主要评价指标变化与运动规律的合理性;进一步通过扭力梁悬架运动特性的响应分析来确定衬套各向刚度的正负效应即灵敏度，将灵敏度较大的衬套刚度作为设计变量以进行扭力梁悬架运动特性响应的全因子实验设计，获得衬套刚度优化值并代入悬架模型中后进行再仿真，所得结果再与准评价标准对比来判定衬套刚度的优化效果。　　最后，建立包含整车动力学模型的平顺性仿真系统，以整车平顺性评价指标的变化为判定依据，设定有无橡胶衬套以及舒适性橡胶衬套某向刚度受屏蔽的假设条件，在平顺性仿真中进行悬架橡胶衬套对人体主观反应影响的研究，通过编制Matlab程序来处理所得仿真数据，与人体舒适满意度的范围表进行比较，分析衬套对单轴向及总加权加速度均方根值影响的各向刚度灵敏度。　　论文基于橡胶衬套材料力学性能试验与结构静、动态试验，通过对麦弗逊和扭力梁悬架的橡胶衬套进行静、动态特性研究，优化识别了衬套材料超弹及粘弹性本构方程系数以建立精确衬套模型，主要重构了衬套各向静刚度并提出了衬套静、动特性仿真中合理径缩量的确定方法，分析了悬架运动特性与整车平顺性评价指标响应的衬套各向刚度灵敏度，并在悬架运动特性仿真分析中对衬套静刚度进行再优化，所得结果较为满意。论文研究成果为悬架橡胶衬套或车辆其他类型的非线性减振部件的研制以及基于橡胶衬套影响的车辆性能间合理匹配提供了可靠的理论指导和有益借鉴。
作者：	陈宝
专业：	驱动技术与智能系统
导师：	柯坚;石晓辉
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文