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液阻型懸置又稱液壓橡膠隔振器，是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的被動(dòng)隔振元件，它在傳統(tǒng)的橡膠懸置的基礎(chǔ)上增加了液體阻尼機(jī)構(gòu)，從而得到比橡膠懸置更優(yōu)良的非線性特性，目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。它的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以根據(jù)車輛不同工況下的激勵(lì)振幅和頻率來(lái)設(shè)計(jì)其特性曲線，從而能夠更好地衰減動(dòng)力總成振動(dòng)和路面激勵(lì)所導(dǎo)致的動(dòng)力總成的振動(dòng)，改善整車的NVH性能。橡膠主簧作為液阻型懸置的主要承載元件，對(duì)液阻懸置的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性都有著重要的影響，其形狀、橡膠材料的硬度和內(nèi)部金屬骨架是確定橡膠主簧特性的3個(gè)參數(shù)，而動(dòng)剛度、剛度硬化的頻率、阻尼角的峰值和阻尼角峰值頻率是評(píng)價(jià)液阻懸置動(dòng)特性的主要性能參數(shù)。工程實(shí)際中，橡膠主簧特性設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)液阻懸置一個(gè)非常重要的方面。
本研究以某一型號(hào)液阻懸置為研究對(duì)象，應(yīng)用有限元分析軟件ABAQUS 對(duì)影響橡膠主簧性能的因素進(jìn)行仿真分析。
典型的慣性通道—解耦膜液阻懸置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示。圖中上下螺紋連接桿分別與發(fā)動(dòng)機(jī)支撐臂和車架連接。液阻懸置主要由橡膠主簧、慣性通道體、解耦膜、橡膠底膜和底座組成，這個(gè)總成由慣性通道體把懸置分為上、下兩個(gè)液室，液室內(nèi)充滿液體(一般為水和乙二醇)。低頻率、大振幅振動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)力經(jīng)由支撐臂傳至橡膠主簧，導(dǎo)致上液室的壓力發(fā)生變化，擠壓液室內(nèi)的液體通過(guò)慣性通道上、下流動(dòng)，在液體流經(jīng)慣性通道時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較大阻尼，從而消耗振動(dòng)能量，懸置表現(xiàn)為小剛度、大阻尼特性，此時(shí)解耦膜處于上極限或下極限位置。高頻率、小振幅時(shí)，流經(jīng)慣性通道體的液體會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)硬化，此時(shí)不再有液體通過(guò)慣性通道體上下流動(dòng)，解耦膜在自由行程內(nèi)上下微小振動(dòng)，來(lái)提供較小的阻尼，此時(shí)懸置表現(xiàn)為大剛度、小阻尼特性。在某激振頻率下，慣性通道體內(nèi)的液體發(fā)生共振，此時(shí)懸置則表現(xiàn)出大剛度、大阻尼特性。液阻懸置的整體性能與橡膠主簧的剛度及阻尼、液體的粘度、慣性通道的長(zhǎng)度及截面形狀、解耦膜的剛度等多個(gè)參數(shù)相關(guān)。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要調(diào)整這些影響參數(shù)來(lái)控制所設(shè)計(jì)液阻懸置的性能。
橡膠材料的特性不同于金屬材料，它需要多個(gè)參數(shù)描述其材料特性，橡膠的行為復(fù)雜，材料本構(gòu)關(guān)系是非線性的。其力學(xué)性能對(duì)溫度、環(huán)境、應(yīng)變歷史、加載的速率等都非常敏感，從而使得橡膠的行為描述變得異常復(fù)雜。對(duì)于各向同性的、體積不可壓縮(或體積近似不可壓縮)的橡膠材料，其非線性彈性特性用超彈性模型描述。超彈性材料的本構(gòu)關(guān)系表示為應(yīng)變能函數(shù)的一般形式：根據(jù)橡膠的不可壓縮性，有可以把Ｉ1和Ｉ2看作兩個(gè)獨(dú)立變量，由3個(gè)主拉伸比所決定(對(duì)不可壓縮材料，主拉伸比中只有兩個(gè)是獨(dú)立的)。因此，各向同性的不可壓縮材料的應(yīng)變能函數(shù)Ｗ就可以用本身為應(yīng)變函數(shù)的兩個(gè)相互獨(dú)立的變量Ｉ1和Ｉ2來(lái)表示，其中，Ｃｉｊ是材料常數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定。橡膠材料參數(shù)根據(jù)橡膠材料的本構(gòu)關(guān)系力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，由ABAQUS應(yīng)用最小二乘法擬合得到。通常，對(duì)于體積不可壓縮橡膠材料進(jìn)行的材料特性試驗(yàn)有3種：?jiǎn)屋S拉伸、等雙軸拉伸、平面拉伸。由于實(shí)驗(yàn)條件所限，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ/Ｔ528-1998和ＧＢ/Ｔ7757-93，本研究只做了啞鈴型試樣的單軸拉伸試驗(yàn)和圓柱型試樣的單軸壓縮試驗(yàn)。
為了保證橡膠元件特性的有限元分析的準(zhǔn)確性和大變形過(guò)程中良好的單元形態(tài)，避免發(fā)生單元鎖死現(xiàn)象，需要合理選擇單元類型、單元積分形式，合理地劃分網(wǎng)格。雖然2階單元具有計(jì)算精度高、處理應(yīng)力集中能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但在完全積分單元中，當(dāng)2階單元被用于處理不可壓縮材料時(shí)，對(duì)體積自鎖非常敏感。而1階單元對(duì)于體積不可壓縮材料時(shí)(例如橡膠材料)可以很好地避免體積自鎖，且1階單元可用于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，并具有自動(dòng)沙漏控制功能。三維模型盡可能采用塊狀(六面體)線性單元。它們?cè)谧钚r(shí)間和空間下給出了合理的計(jì)算結(jié)果。由于橡膠主簧幾何形狀復(fù)雜，內(nèi)部包含較多小尺寸曲面，完全采用塊狀單元構(gòu)造網(wǎng)格會(huì)很困難，有必要采用楔形線性單元，但楔形單元是較差單元，只有劃分較細(xì)的網(wǎng)格才能使結(jié)果達(dá)到較為合理的精度，因此，在不需要精確求解的區(qū)域可以使用這些單元。
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