某型重卡橡胶减振器优化设计

论文摘要

21世纪以来我国重型载货车工业飞速发展,汽车的悬架性能已经是消费者关注的重要性能。橡胶悬架由于其优良的性能得到更多的重视。由于传统设计方法的限制,目前橡胶悬架的元件的设计仍然较为落后,从而限制了橡胶悬架充分发挥其性能。本文针对橡胶悬架的橡胶减振器,应用有限元分析方法与优化设计技术,对其的刚度性能进行了分析,并在此基础上对其结构参数进行了优化设计,获得符合设计目标的设计方案。详细介绍了橡胶的超弹性理论,着重叙述了表征橡胶材料的应力应变关系,研究了几种在有限元分析中应用广泛的橡胶超弹性体本构模型。在此基础上,介绍了测定橡胶材料参数最为常用的传统试验方法,同时研究了另一种更为简洁的基于橡胶硬度确定Mooney-Rivlin本构模型的快速计算方法。相对于传统的橡胶材料系数的确定方法,该方法方法具有快捷、实用性强等显著优点。在此基础上,以橡胶缓冲器为研究对象,对基于橡胶硬度的方法进行了验证。通过对橡胶缓冲块的有限元仿真,并将其位移载荷曲线与试验曲线进行对比,可以发现仿真曲线与试验曲线吻合程度较高,从而基于橡胶硬度确定Mooney-Rivlin本构模型参数的方法是适用的。介绍了在ANSYS有限元分析软件,探讨了对橡胶的材料非线性有限元法。以橡胶减振器为研究对象,详细介绍了其有限元仿真分析中的关键技术以及基本的解决方法。并根据橡胶硬度获取Mooney-Rivlin模型材料参数,建立了二分之一的橡胶减振器有限元模型,为下一步的橡胶减振器优化设计打下良好基础。介绍了田口方法的基本概念。并针对工程中遇到的具体设计难题,将田口设计方法应用于橡胶减振器的设计中,选择合适的直交表L25,通过较少次数的计算与分析,获取优化后的设计参数,提高了设计效率,降低了设计成本。通过对橡胶减振器的4个设计参数的灵敏度分析,分析了各个参数橡胶减振器上部受载平面A、橡胶减振器支撑斜面的横坐标B、橡胶减振器锥面高度C以及橡胶减振器支撑斜面纵坐标D对橡胶减振器刚度的影响,降低了橡胶减振器设计工作的难度。验证了田口设计方法在工业领域的实用性,为其它工业产品的设计和优化提供了借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究背景
• 1.1.1 重型卡车工业的发展
• 1.1.2 重型卡车悬架类型
• 1.1.3 橡胶悬架的优点
• 1.1.4 橡胶材料特性
• 1.1.5 橡胶元件设计方法的发展及国内外研究现状
• 1.2 本文研究的内容和思路
• 第2章 橡胶材料本构模型研究
• 2.1 橡胶材料超弹性理论
• 2.2 几种常用的橡胶材料本构模型
• 2.3 由橡胶硬度确定Mooney-Rivlin本构模型材料参数及验证
• 2.3.1 基于硬度的Mooney-Rivlin本构模型材料参数确定方法
• 2.3.2 橡胶材料参数获取方法的试验验证
• 2.4 本章小结
• 第3章 橡胶材料非线性有限单元法及橡胶减振器建模关键技术
• 3.1 橡胶材料常用非线性有限单元法
• 3.2 ANSYS软件的非线性有限元法
• 3.2.1 ANSYS软件介绍
• 3.2.2 ANSYS软件的非线性有限元法
• 3.3 橡胶减振器有限元建模关键技术
• 3.3.1 橡胶减振器Mooney-Rivlin材料模型的确定
• 3.3.2 模型的适当简化
• 3.3.3 网格划分和单元类型的选择
• 3.3.4 约束的设置
• 3.3.5 接触的定义
• 3.3.6 有限元分析计算与结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 橡胶减振器的优化设计
• 4.1 田口方法及其应用
• 4.2 橡胶减振器优化设计
• 4.2.1 判定优化目标和控制因子水平
• 4.2.2 试验设计安排
• 4.3 试验结果评价与分析
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢