基于冲击环境下粘弹性胶泥缓冲器的动力学建模-论文.pdf

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1、第30卷第3期应用力学学报、，0l-30NO．32013年6月CHINESEJOURNALoFAPPLIEDMECHANICSJun．2013文章编号：1000—4939(2013103—0384—06基于冲击环境下粘弹性胶泥缓冲器的动力学建模徐忠四苏铁熊刘晓栋(中北大学机电工程学院030051太原)摘要：为了提高军用车辆被动悬挂系统在各种路面的平顺性，设计了一款具有单向节流阀活塞结构的新型粘弹性胶泥缓冲器，并阐述了其工作原理，分析了该胶泥缓冲器的粘滞耗能特性与弹性储能特性。在此基础上，针对粘弹性胶泥缓冲器动力学建模较复

2、杂以及测量数据与理论数据吻合度低的问题，将粘弹性胶泥的本构模型和胶泥在缓冲器中的运动过程结合起来对缓冲器进行动力学建模，克服了传统建模中只重视胶泥材料的本构模型而忽视运动过程的缺点。分别推导了该胶泥缓冲器在进程和回程过程中的阻力公式，最后用冲击实验证明：在各种不同速度下，测量数据与理论拟合曲线最大阻力的相对误差均小于5％。该研究工作为胶泥缓冲器的优化设计和车辆悬挂系统的动力学匹配提供了理论指导。关键词：粘弹性材料；胶泥缓冲器；冲击实验；动力学建模中图分类号：TB1l文献标识码：ADOI：10．11776／cjam．30．

3、03．D021本文基于相关的理论与合理的假设IoJ，结合胶泥缓1引言冲器的使用环境，将粘弹性胶泥的本构模型与胶泥在缓冲器中运动过程结合起来对缓冲器进行动力学缓冲器作为军用车辆悬挂装置中一个重要的建模，克服了传统建模中只重视胶泥材料的本构模部件，兼有限位和缓冲的双重作用。传统的缓冲器型而忽视运动过程的缺点，推导了抗冲型的胶泥缓用金属弹簧、橡胶、液压油作为缓冲器减振介质。冲器进程和回程过程中的阻力公式，最后用冲击实金属弹簧作为第一代产品，由于冲击大、反弹大的验对该模型建立的可靠性进行了验证。缺点而被淘汰；橡胶作为第二代产品，

4、由于低温易硬化、高温易老化等缺点已基本被淘汰；液压油作2粘弹性胶泥缓冲器的设计和为第三代产品，也存在缓冲力难以提高、密封性能工作原理差、回位性差、成本高等缺点【JJ。胶泥缓冲器克服由于本文所研究的粘弹性胶泥缓冲器主要应了上述三种缓冲器的缺点，并且兼有液压缓冲器和用在承受密集冲击的坦克装甲车上，这就要求该缓橡胶缓冲器的优点，是一种理想的缓冲设备【2弓J。冲器的承压件有一定的回弹速度，以准备承受下一目前，国内外对于纯粘滞性胶泥缓冲器[4-5]的研次冲击，这与通常应用场合的缓冲器是不同的。本究较多，而对粘弹性的胶泥缓冲器的研究

5、则较少。基金项目：国家自然科学基金(50976108)收稿日期：2012．05．24修回日期：2013。04—09第一作者简介：徐忠四，男，1977年生，中北大学机电工程学院，讲师研究方向一一车辆动力学建模与仿真。E-mail：xuzhongsi@126．com皇皇旦兰塑兰!堂将式(2)代入式(3)，并且积分可得式中为活塞的端面面积。胶泥在不同压强下具有不同的压缩率，表1为Q1((21)(4)用电子万能试验机和胶泥体积模量测定装置测量的当两平行平板间不存在压差时，液体流动仅由胶泥的压强随压缩率变化的数据。平板运动引起，即

6、为剪切流。由剪切流的特点可知，表1胶泥压强随压缩率变化的数据其大小只与两平板间的缝隙大小和相对运动速度vTab．1Therelationshipbetweenelastomer’sintensityof有关，而与胶泥的粘度无关，故胶泥流过缝隙的剪P!!!坚!!璺翌!P!!!2望!璺!切流量公式为％)0．51．02．84．27．011．013．517．5／MPa2103050100200300500Q12=bhv(5)根据表1可以拟合出压强与压缩率的关系曲由以上的分析可知，缝隙流流量为压差流流量与剪切流流量之和，即线，如图

7、3所示，且其表达式为QI+O,2-(1／nh(2n+1)／nq．_bhv(6)=0．04476+0．26586+10．38106—1．9705(12)此时胶泥的压缩率可以根据活塞的结构尺寸胶泥缓冲器中活塞与活塞缸间的圆柱环形间及活塞的位移求得隙，可近似视为平行板间的缝隙，此时，为活塞的柱=二r13)长(相当于平行板的长度)，为环隙大小，活塞的周V长6(相当于平行板的宽度)可近似求得为式中：为活塞运动的位移；未压缩时胶泥的体积。b=IRd0O=三1(、D+Do)(、7)将式(11)、式(12)、式(13)联立求解，可得胶泥

8、缓冲器的弹性回复力为式中：R为圆环中层的节圆半径，R：：D42658832：0．04473+0+10．3810Zs～．为活塞缸内径；为活塞直径；0为环隙的圆周角。‘VVV将式(7)代入式(6)，可得缓冲器中胶泥流过环1．9705Sfl隙的流量为Q～1=4If(2n+1)c2k／川I(8)3．1．2孔隙流特性分析活塞上