变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验与预测方法研究

以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象,进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验,并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量,建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型,利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命,其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验,基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命,和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验,通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命,预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性,所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。

基于模糊PID的车辆侧倾主动控制仿真研究

在ADAMS/Car下,建立了前后悬架都装有主动横向稳定杆的95自由度虚拟整车模型.采用模糊自适应PID控制策略,在Matlab/Simulink环境中对车辆抗侧倾性能进行了联合仿真,实现了PID控制过程中参数的在线整定.仿真结果表明,模糊自适应PID控制具有较强的自适应和抗干扰能力,有效地减小了车身侧倾角,在保证乘坐舒适性的同时提高了车辆的行驶稳定性.

基于线性疲劳累计损伤橡胶悬置疲劳寿命预测研究

橡胶元件疲劳寿命的有效预测是其设计开发过程中的重要环节。引入橡胶元件线性疲劳累计损伤原理,提出张量形式橡胶疲劳寿命公式,且根据橡胶材料的实际承载工况提出其失效标准。依据橡胶材料的承载变形可简化为单轴拉伸及简单切应变,设计用于承载拉伸载荷的哑铃型橡胶试柱和承载剪切载荷的环形橡胶试柱,并实测疲劳寿命数据,以最小二乘法原理拟合拉伸与剪切的疲劳寿命函数公式。以车用变速箱悬置与发动机后悬置为疲劳寿命预测研究对象,通过分析其承载位移载荷时的应变张量,利用张量形式的疲劳寿命预测公式预测两种悬置在两种典型工况下的疲劳寿命。结果发现,橡胶材料的拉伸疲劳寿命曲线与简单剪切疲劳寿命曲线的变化趋势一致、形状类似、拟合函数幂指数十分接近;张量形式的疲劳寿命预测公式可有效地预测橡胶悬置的疲劳寿命。

发动机曲轴系统扭转振动建模与实测分析

建立了发动机曲轴系统扭转振动的集总参数模型,讨论集总参数模型中各个自由度转动惯量、刚度和阻尼系数的确定方法。利用集总参数模型计算分析曲轴系统的固有频率和在气缸压力的作用下曲轴前端的扭振。实验测试了一发动机曲轴系统的扭振,并与计算结果进行了对比分析。结果表明,曲轴系统的固有频率和曲轴前端扭振的计算结果与实测结果较为一致,证明了建立的模型和模型参数确定方法的正确性。曲轴扭振的建模方法和模型参数的确定方法可用于曲轴前端扭转减振器的设计。

不同损伤参量对橡胶隔振器疲劳寿命预测结果影响的研究

基于橡胶哑铃形试件的疲劳试验结果,分别以最大主工程应变、最大主对数应变、最大主Green-Lagrange应变、八面体切应变、应变能密度、Luo等效应力、Saintier等效应力为损伤参量建立七种橡胶疲劳寿命预测模型。应用此七种模型预测某汽车动力总成橡胶悬置的疲劳寿命,对比不同寿命模型的预测效果。研究结果表明,以最大主工程应变、最大主对数应变、最大主Green-Lagrange应变、八面体切应变、应变能密度为损伤参量建立的寿命模型预测的疲劳寿命均在实测寿命的4倍分散线之内;以Luo应力、Saintiter应力为损伤参量建立的寿命预测模型的预测寿命落在实测寿命的2倍分散线之内。因此,以Luo应力、Saintiter应力为损伤参量建立的寿命预测模型预测效果更好,Luo应力、Saintier应力更适合作为疲劳损伤参量来预测橡胶隔振器的疲劳寿命。

超弹性本构模型对橡胶隔振器静态特性预测影响的研究

通过对某橡胶材料标准试件的单轴拉伸、平面拉伸和等双轴拉伸的应力-应变数据的测试,并利用最小二乘原理识别了5种常见橡胶超弹性本构模型的参数,对比了不同模型间的拟合精度。以某款车型的橡胶隔振器为实例,计算不同本构模型在3种典型工程应变下的力-位移曲线,并与实测数据进行对比。结果表明,Mooney-Rivlin模型在处理较小应变数据时具有较好的计算精度和计算稳定性,Van der Waals模型和3阶Ogden模型在处理较大应变数据时具有较好的计算精度。

变幅载荷下隔振器橡胶材料裂纹扩展试验及建模方法

利用带单边缺口的纯剪试件,进行变幅疲劳载荷下隔振器橡胶材料的裂纹扩展试验。由于实测裂纹扩展长度存在波动,无法采用传统的割线法或七点多项式法来处理实测数据。为了解决传统方法的不足,利用幂函数来表征实测的裂纹扩展长度与循环次数的关系,进而确定隔振器橡胶材料的裂纹扩展速率及其裂纹扩展模型。基于建立的裂纹扩展模型,推导适用于哑铃试片的疲劳寿命预测模型。试制该型橡胶哑铃试片,并测试其疲劳寿命。通过对比哑铃试片实测寿命与预测寿命,验证变幅载荷下隔振器橡胶材料裂纹扩展模型的有效性。

基于开裂能密度及裂纹扩展特性的橡胶隔振器疲劳特性预测

基于开裂能密度的连续介质力学参数及橡胶材料裂纹扩展特性(裂纹扩展速率与撕裂能之关系),获得橡胶部件多轴疲劳特性计算公式,并计算某汽车动力总成橡胶隔振器的疲劳特性。计算与试验对比表明,橡胶隔振器疲劳特性预测(寿命、开裂位置及开裂方向)与实测较一致。预测疲劳寿命分布在实测疲劳寿命的1/2倍分散因子内,满足工程疲劳寿命预测要求。提出的橡胶隔振器多轴疲劳特性预测方法,可用试验效率较高、投入较少的材料裂纹扩展试验代替耗时较多的材料疲劳破坏试验,不仅能为橡胶部件前期疲劳设计提供参考,亦能大幅缩短产品疲劳设计周期。

动力总成橡胶悬置高温疲劳特性的预测与试验研究

选硬度为45度以及50度的天然填充橡胶(N45及N50)为研究对象,在常温(23℃)、60℃和90℃的环境中,对哑铃形橡胶试片进行单轴拉伸疲劳试验。以工程应变峰值ε为损伤参量,根据哑铃形试片的疲劳试验结果,建立了橡胶材料在三种不同温度环境下的疲劳寿命预测模型。分析了不同温度、高温软化、橡胶材料的硬度对橡胶疲劳寿命的影响。对一动力总成橡胶悬置进行了高温疲劳试验,利用建立的橡胶材料的疲劳寿命模型对其疲劳特性进行了预测,预测得到的寿命与实测寿命的相对误差小于10%,说明本文建立的填充天然橡胶高温疲劳寿命预测模型,可以用于高温环境下工作的橡胶悬置疲劳寿命的预测。

考虑应变均值影响的天然橡胶隔振元件疲劳寿命预测

对橡胶试柱进行单轴疲劳试验,分析了应变幅值一定时,应变均值对疲劳寿命的影响。以哑铃型天然橡胶试柱为研究对象,通过有限元计算分析,得到了加载位移与橡胶试柱危险位置处最大主应变的关系。构建了应变均值函数,以应变比R=0时的ε-N曲线为基准疲劳寿命曲线,建立了不同应变均值和幅值下的天然橡胶隔振元件的疲劳寿命预测模型。使用该模型预测得到的哑铃型天然橡胶试柱疲劳寿命与试验疲劳寿命具有较好相关性。提出的天然橡胶元件的疲劳寿命预测模型,可用于建立天然橡胶材料的疲劳寿命数据库。

填充天然橡胶材料裂纹扩展模型的建模方法

填充天然橡胶材料疲劳裂纹扩模型是指裂纹扩展速率与撕裂能峰值之间的关系,它是用于橡胶减振元件疲劳寿命预测的重要模型。在裂纹扩展试验得到的填充天然橡胶材料裂纹扩展长度与循环次数的数据中,由于橡胶的应力软化现象,试验后期的部分数据不可用。为此,建立了数据处理方法,获得有效的裂纹扩展长度与循环次数数据。基于单轴拉伸载荷下填充天然橡胶材料最大应变能密度与最大应变满足幂函数关系的假设,建立了变幅加载工况下裂纹扩展长度与循环次数的数学模型和识别其模型参数的优化方法。在建立的裂纹扩展长度与循环次数模型的基础上,建立了裂纹扩展速率与撕裂能峰值关系的模型和确定模型中参数的数值方法。利用一组哑铃型试片的疲劳寿命实测数据,对建立的裂纹扩展速率模型进行了验证,证明了所建立模型的正确性。

带防扭拉杆的动力总成悬置系统位移计算方法

在考虑悬置扭转刚度的条件下,为带防扭拉杆的动力总成悬置系统建立了包括拉杆模型在内的动力总成-拉杆系统计算模型。利用该模型,计算了一实际的动力总成悬置系统中动力总成的位移、悬置的位移和力。结果表明,在动力总成承受大转矩或碰撞的工况下,采用实际的拉杆模型(两点模型)能得到更准确的计算结果。

汽车侧倾稳定主动控制系统的仿真研究

在ADAMS/Car下建立了前、后悬架都装有主动横向稳定杆的95自由度虚拟整车模型。采用模糊PID控制策略,在MATLAB/Simulink环境中对车辆抗侧倾性能进行了联合仿真,实现了PID控制过程中参数的在线整定。仿真结果表明,模糊PID控制具有较强的自适应能力和抗干扰能力,可有效减小车身侧倾角,在保证乘坐舒适性的同时提高了车辆的行驶稳定性。

双离合器自动变速器无冲击换档过程的实现

介绍了双离合器的结构及换档工作原理,建立了双离合器换档模型。在此基础上推导出了双离合器自动变速器实现无冲击换档时,各控制参数变化应满足的相互关系,并对其进行了仿真验证,为双离合器控制器的设计提供了理论依据。

汽车排气系统吊耳动刚度优化方法的研究

基于汽车排气系统吊耳传递的动态载荷最小、吊耳耐疲劳性最好,建立了考虑动力总成在内的排气系统振动分析模型。进行了排气系统的自由模态和约束模态的测试,并和计算值进行了对比分析,证明了所建立的排气系统振动模型的正确性。以吊耳的垂向动态载荷最小和其静变形量在一定范围内为优化目标,建立了排气系统吊耳动刚度优化模型。优化后,在怠速工况和2档全负荷加速工况下对车身底板驾驶员位置进行了振动响应测试,测试结果表明,利用优化后的吊耳刚度,能够有效降低车身底板的振动加速度,表明了阐述的排气系统建模和吊耳动刚度优化方法的有效性。文中建模与优化方法,对排气系统的吊耳动刚度计算与优化具有指导意义。

多楔带动态特性及带-轮间摩擦系数的测试分析

多楔带的刚度、阻尼系数和带-轮间的摩擦系数是单根多楔带驱动系统动态特性计算分析的重要参数。以汽车用6PK型多楔带为研究对象,测量了带的纵向静态和动态特性、弯曲刚度和带-轮间的摩擦系数。分析了带长、初始张力、激振振幅和激励频率对带的纵向动刚度和阻尼系数特性的影响,建立了表征带的纵向动刚度和阻尼系数与带长、初始张力、激振振幅和激励频率关系的多项式模型和指数函数模型。采用力锤激振的方法,测试带横向方向共振频率,通过最小二乘方法计算得到带的弯曲刚度,并分析了带的长度对带弯曲刚度的影响。测试并研究带的初始张力、带-轮间的包角和轮的转速对带-轮间摩擦系数的影响,得到汽车发动机前端附件驱动系统中带-轮间摩擦系数的取值范围。

汽车排气系统吊耳及设计原则

介绍汽车排气系统吊耳的典型结构,分析其结构特点和应用车型;结合吊耳承重和隔振性能的要求,论述吊耳设计原则;对不同的设计方案进行对比分析,阐述这些方案对吊耳性能的影响。

多通道式液压衬套动态特性的测试与计算分析

制作了不同结构类型液压衬套的实验样件,测试得到其静、动特性的变化特性,并对比分析了不同结构液压衬套的作用机理。建立了多惯性通道-多节流孔式液压衬套的集总参数模型,给出了其动刚度和滞后角的计算分析公式和滞后角峰值频率的计算公式,计算结果与实验值一致,验证了计算模型的正确性。分析了多通道式液压衬套的动特性与通道数目数量及其截面形状的关系。所采用的分析方法及结论,可为液压衬套的初级阶段的设计及选型提供参考。

汽车悬架液压衬套非线性动特性的实验与建模方法研究

在不同振幅位移激励下,测试了一汽车液压衬套的动刚度、滞后角随频率的变化特性。建立了液压衬套动态特性分析的非线性集总参数模型,基于模型,探讨了液压衬套橡胶主簧、惯性通道与液压衬套动特性之间的关系,计算结果与实验结果的一致,验证了计算模型分析的正确性。分析建立的集总参数模型,表明液压衬套在不同位移振幅激励下,存储动刚度具有不动特征点及在高频激励下动刚度趋于定值的特性。基于这种特性发展了模型参数的辨识方法,并对液压衬套集总参数模型中的参数进行了识别,利用识别得到的参数对液压衬套的动特性进行了计算,验证了识别得到的参数的正确性。

基于运行模态法的动力总成刚体模态试验研究

介绍两种基于运行模态法的动力总成刚体模态参数识别方法,即频域分解法与时域随机状态子空间辨识法。发动机怠速工况下,运行模态法可以识别出动力总成悬置系统在垂向跳动与绕侧向俯仰的刚体模态,并且可以识别出动力总成怠速激励下的谐波模态;而动力总成受到白噪声激励,运行模态法可以识别出动力总成悬置系统的全部六自由度刚体模态。从对比可知,运行模态法识别的模态参数与常规试验模态法结果基本一致,表明利用工况激励法进行模态参数识别是行之有效的。