汽车悬架橡胶衬套弹性特性的实验与模拟分析研究

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1、清华大学硕士学位论文汽车悬架橡胶衬套弹性特性的实验与模拟分析研究姓名：史建军申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：吕振华;尹征宇2001.5.1摘要橡胶衬套在现代轿车悬架中被广泛使用，其性能对车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性的影响己经引起汽车设计人员的高度重视。本文对橡胶衬套的弹性特性进行了试验研究，研究了橡胶衬套静刚度的有限元计算方法，探讨了橡胶衬套弹性特性对悬架性能的影响。御用MTS810电液伺服振动试验台，研究了加载速度、偏腔结构对橡胶衬套轴向及其径向静刚度的影响以及激振频率、振幅、预载荷、偏腔结构对橡胶衬套动态弹性特性的影响。在试验

2、中，共选取了4种不同的橡胶衬套试样，每种试样有5个样件。静态试验中以4种不同的加载速度测量了橡胶衬套不同方向的刚度。动态试验中，控制预载荷以及激振正弦信号的频率、振幅，记录橡胶衬套不同方向的力一位移信号，用FFT方法计算了其动刚度、阻尼系数等。以某一轿车的悬架衬套为例，分别利用MSCIPATRAN和ADINA软件建立了8节点和20节点单元的有限元模型。为确定有限元分析中橡胶材料本构关系，完成了橡胶材料的单轴向拉伸和单轴向压缩实验，并根据实验数据确定了两种常用的本构关系模型，即2阶多项式模型和3阶Ogden模型。本文分别利用ADVANCED-

3、FEA和ADINA软件，基于2阶多项式模型、3阶Ogden模型，分析了所选橡胶衬套的轴向和径向静刚度，并与试验结果、近似解析解及经验公式计算结果做了对比，分析结果证实了利用有限元方法计算确定橡胶衬套静刚度特性的有效性。在某轿车麦弗逊式前悬架的ADAMS模型基础上，研究了橡胶衬套轴向刚度、垂直刚度以及水平刚度对悬架前轮定位参数、轮距变化和轮心纵向位移的影响，分析了衬套刚度对车辆动力学和乘坐舒适性的影响i本文通过试验深入研究了橡胶衬套的弹性性能，为悬架的弹性运动学分析和整车动力学分析提供了建模基础，橡胶衬套静弹性特性的有限元模拟计算分析为其优化

4、设计奠定了基础。关键词:橡胶衬套，弹胜特性，有限元分析，悬架性能AbstractRubberbushingsareextensivelyusedinthemoderncarsuspension.Theirinfluencesonthevehicledynamicsandridecomfortcharacteristicshavearousedhighrecognitionofautomobiledesignengineers.Thestaticanddynamictestsareconductedonrubberbushings.TheFE

5、Amethodforelasticpropertyoftherubberbushinganditsinfluencesontheperformancesoftheautomobilesuspensionarestudied.AnMTS810hydro-electricservotesterisusedtostudytheinfluencesofloadingspeedandholestructureontheaxialandradialstaticstifnessofrubberbushings.Theinfluencesoffrequen

6、cy,amplitude,preload,andholestructureonthedynamicelasticpropertyofrubberbushingsarealsoinvestigated.5specimensofeverykindof4diferentrubberbushingsaretested.Staticstiffnessesindiferentdirectionsofrubberbushingsaremeasuredindiferentloadingspeeds.Indynamictesting,theforce-dis

7、placementdataindiferentdirectionsofrubberbushingsareacquisitedatdiferentpreloads,frequencies,andamplitudes.FFTmethodisappliedtocalculatingthedynamicstiffnessesanddampingcharacteristics.Thefiniteelementmodels,with8-nodeand20-nodeelements,ofarubberbushinginthesuspension,ares

8、etupintheMSCIPATRANandAIDNAprogram.Todefinetheconstitutivemodelofrubbermaterial,uniaxialt