某汽车悬架纵臂衬套疲劳寿命优化设计.pdf

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1、FOCUS技术聚焦摘要：汽车悬架纵臂衬套的疲劳耐久特性对汽车的舒适性和操控性起着重要作用。为了解决纵臂衬套在路试中出现的开裂问题，从疲劳寿命预测的基本思想出发，提出了解决方案。通过衬套耐久仿真分析，找出了衬套容易出现开裂的位置，通过减小衬套橡胶圆角部分应变的大小，使得衬套疲劳寿命提高到原来的近2倍。衬套台架试验和道路试验验证表明，结构优化后的衬套满足整车性能要求。本衬套疲劳寿命优化设计方法可为汽车其他零部件的疲劳寿命设计提供参考。关键词：汽车悬架；衬套；疲劳；结构优化DesignofVehicleSuspensionTrailingArmB

2、ushingFatigueLifeOptimization术Abstract：ThefatiguelifeofvehiclesuspensiontrailingalTtlbushingplaysanimportantroleinvehiclecomfortandhandling．Fromthebasicideaoffatiguelifeprediction，thesolutionforcrackproblemsoftrailingarmbushingintheroadtestisputforward．Thepositionwherethet

3、railingalTflbushingiseasytocrackisfoundusingthebushingdurabilitysimulationanalysis．Reducingthestrainoftherubberroundedpartinthebushingnearlyincreases2timesofthefatiguelifeofthebushing．Itisproventhattheoptimizedbushingmeetsthevehicleperformancerequirementsthroughthevalidati

4、onofthebushingbenchtestandroadtest．Theoptimizationmethodoffatiguelifecanprovidesomereferencetootherautomobilepartsinthefatiguelifedesign．Keywords：Vehiclesuspension；Bushing；Fatigue；Structureoptimization摆臂橡胶衬套作为汽车悬架系统中刚性元件之间的柔性连接件，对整车的舒适性和操控性起着很大的作用。在设计汽车悬架纵臂橡胶衬套时，为了兼顾操稳性和舒适

5、性要求，在汽车前后方向上衬套刚度要求值较小。为满足该刚度要求，很多纵臂衬套设计为空心结构。工程实际中，衬套中的橡胶部分(橡胶主簧)容易出现开裂现象，因此，衬套破坏本质是其中的橡胶主簧发生开裂破坏。研究悬架橡胶衬套耐久性能的相关工作较少【l】，但其研究思路可以借鉴其他橡胶隔振元件(如橡胶悬置121、橡胶球铰【3】)疲劳耐久特性的分析方法。文章从疲劳寿命预测的基本思想出发，针对纵臂衬套的开裂问题，提出了解决方案，提高了衬套疲劳寿命。经过衬套台架试验和道路试验验证，优化后的衬套满足整车性能要求。1衬套疲劳寿命预测基本思想1．1疲劳寿命预测模型衬套

6、疲劳本质是其中的橡胶主簧发生疲劳破坏。橡胶疲劳寿命预测法主要包括疲劳裂纹萌生法及疲劳裂纹扩展法，其中裂纹萌生寿命法选定的损伤参量是基于连续介质力学理论[4】。疲劳损伤参量与寿命之间的关系可写成如下幂指数的形式【斓：Nf=KPo式中：M——疲劳寿命，定义为橡胶元件破坏失效时共经历的循环次数；卜疲劳损伤参量，可以为应力、应变及应变能密度等，文章选取的疲劳损伤参量为应变；K，卜材料参数，需要通过与试验值拟合得到。1．2疲劳寿命预测流程衬套疲劳寿命预测应根据3D数模建立合理的有限元模型，一般情况下先用有限元软件HyperMesh进行网格划分，之后导

7、出inp文件用于有限元软件ABAQUS计算。将ABAQUS计算出来的应变代入衬套的疲劳寿命预测模型即可得到衬套的损伤和寿命。衬套疲劳寿命预测流程，如图1所示门。图1衬套疲劳寿命预测流程图$基金项目：国家自然科学基金项目(51505091)；广东省自然科学基金项目(2014A030310125)；中国博士后科学基金项目(2015M572305)一22—9黧．2．2衬套疲劳开裂问题解决方案针对上述衬套开裂问题进行CAE分析，应变分析结果，如图4所示。由图4可知，橡胶主簧圆角处出现热点，热点对应处为应变最大点，从而导致在极限工况下衬套出现开裂问题

8、。5．710x0i联3．8渊10x彰0峨]．90849刈xl00：：蚓瓣根据CAE分析结果，可通过优化橡胶主簧圆角形状、增大尺角(由R6增大为R10)来解决此衬套的开裂问题，优化