低频非线性浮筏隔振装置设计及特性研究

低频振动噪声影响水下装备声隐身性能。在原气囊隔振装置基础上,通过结构改进设计,使得侧向气囊能够为系统提供负刚度,通过与垂向气囊并联,设计了一种新型非线性浮筏隔振装置,提升了隔振装置的低频隔振能力。新型隔振装置由“侧向气囊-万向节-垂向气囊”非线性隔振器组和浮筏组成。分析了侧向气囊为系统提供负刚度原理,建立了非线性浮筏隔振装置六自由度动力学模型,设计了新型隔振装置样机并开展了相关性能试验。理论分析和试验结果表明,新型非线性浮筏隔振系统垂向一阶固有频率约为原系统的50%,垂向隔振性能提升了约6 dB,侧向隔振性能与原系统相当。此外,也研究了非线性浮筏隔振系统的摇摆稳定性。研究结果表明,在重载情况下,新系统能够具备较好的摇摆稳定性。

基于精细传递矩阵法的气囊隔振器横向刚度特性分析

构建并求解了预载条件下气囊隔振器的囊体力学模型,提出了一种气囊隔振器横向刚度特性的参数化计算方法。在考虑囊体预应力的条件下构建了囊体力学模型,引入位移中间向量并采用精细积分法推导了囊体状态向量间的传递矩阵,利用迭代法解析了囊体状态向量、内部压力以及结构参数之间的耦合变化关系,基于边界条件完成了囊体刚度的参数化求解,结合理想气体刚度模型完成了气囊隔振器横向刚度特性的计算分析。对比试验结果,验证了横向刚度特性计算方法的正确性,探究了主要设计参数对刚度特性的影响规律。

膜式空气弹簧变活塞型线对静刚度特性的影响

现代汽车悬架技术的快速发展,要求汽车在操纵稳定性、行驶平顺性等方面进一步提高性能。高度和刚度可调、吸振能力较佳和使用寿命较长的空气弹簧在中高端乘用车上得到使用。活塞型线对空气弹簧的刚度特性影响较大,不同的活塞型线会直接影响空气弹簧的有效作用直径。文章以乘用车膜式空气弹簧为研究对象,设计了四种不同的活塞型线(L型、S型、O型、反O型),基于有限元分析软件ABAQUS研究分析了不同初始内压下活塞型线对空气弹簧刚度特性的影响。结果表明,O型活塞空气弹簧的承载能力最强,反O型与O型活塞成对称结构,其承载能力最弱,随着初始内压的增大,其承载能力的差距会愈发明显,S型活塞空气弹簧的承载能力介于O型与反O型活塞之间,并表现出理想的反S特性。

液弹隔振器非线性传递特性研究

针对液弹隔振器下端空气弹簧变形特点,本研究从液弹隔振器结构模型出发,分析液弹隔振器各部分受力与位移关系,推导考虑和不考虑液弹隔振器下端非线性刚度的运动方程。获得两种条件下液弹隔振器位移传递率,分析存在非线性刚度下位移传递率特性。研究发现:考虑非线性的位移传递率表现出显著的硬化特性,最佳隔振频率随着激振位移幅值增长而增大,隔振频率设计值处的位移传递率随激振位移幅值增长而增大,即隔振效果下降;当液弹隔振器承受较大幅值振动,如激振位移幅值超过10%空气弹簧深度,应当考虑空气弹簧非线性刚度影响。

车辆半主动悬架减振支柱的刚度特性分析

为了提高车辆行驶平顺性,对半主动悬架一体化减振支柱的结构进行了优化设计,推导了双气室空气弹簧数据模型,利用MATLAB/Simulink仿真工具,对新型一体式减振支柱刚度特性进行了仿真分析,为搭建半主动悬架一体化减振车辆整车性能分析提供理论。

复杂轮廓膜式空气弹簧非线性结构参数统一模型

结构参数是影响腹式空气弹簧力学性能的关键因素,复杂活塞轮廓的膜式空气弹簧具有结构参数复杂、力学性能非线性强及承载力随工作高度不断变化的特点。建立基于关键设计参量的复杂轮廓膜式空气弹簧非线性结构参数统一模型是设计阶段分析、优化空气弹簧力学特性的重要途径;针对具有直线与圆弧复合的复杂活塞轮廓的膜式空气弹簧结构参数建模问题、橡胶气囊外径随弹簧高度动态变化的问题和复杂活塞轮廓所带来的力学性能非线性问题等,以直线段轮廓内锥角、圆弧段轮廓半径为关键设计参量,建立了复杂活塞轮廓的膜式空气弹簧非线性结构参数统一模型,揭示了关键设计参量对结构参数、刚度的影响规律。结果表明:运用所建立的统一模型所预测的膜式空气弹簧结构参数与试验结果最大相对误差为10.98%,不同压强下静刚度相对误差均小于7%,承载力最大相对误差均小于9%,证明了结构参数统一模型的有效性;研究结果为活塞轮廓精细化设计及膜式空气弹簧的刚度、承载特性预测与优化提供了理论指导。

不同参数对交叉簧片型柔性铰链刚度特性的影响

在柔性铰链刚度特性分析方面,目前的分析方法大多是针对线性小变形的柔性铰链刚度特性,且没有全面地考虑不同参数对柔性铰链刚度的影响。关于大变形柔性铰链的刚度分析方法的研究也不多见。为了解决大变形交叉簧片型柔性铰链的刚度特性研究方法不足等问题,采用了理论分析、有限元模拟和实验测量3种分析方法,对柔性铰链的刚度特性进行了研究。首先,基于欧拉伯努利梁对交叉簧片型柔性铰链进行了理论分析,建立了非线性大变形力学模型,并用L-M数值迭代法进行了求解,分析了柔性铰链的垂直、水平和旋转刚度,并研究了不同几何参数和载荷对刚度的影响;然后,选择了7组不同柔性铰链参数,建立了柔性铰链的有限元分析模型,设计了可调节几何参数和施加复合载荷的柔性铰链刚度特性测量平台;最后,使用理论分析、有限元模拟和实验测量3种方法对柔性铰链刚度特性进行了分析与研究。研究结果表明:3种方法对柔性铰链的刚度分析结果总体的误差小于9%,证明了该方法是有效的;其中,柔性铰链的旋转刚度远小于水平刚度和垂直刚度,且随着载荷的增加产生了非线性;在影响因素方面,水平载荷和交叉系数对旋转刚度影响较大,垂直载荷和交叉角度对旋转刚度影响较小。该研究结果可为大变形柔性铰链在隔振系统的应用提供一定的参考。

列车空气弹簧动态特性研究

为避免列车空气弹簧动态特性计算方法使用混乱问题,文章阐述了常见的空气弹簧动态特性计算方法以及所基于的等效模型,根据振动微分方程理论推导了空气弹簧动态特性的计算表达式。利用振动试验台对空气弹簧进行试验研究,基于三种计算方法对试验所得的不同频率的动态载荷—位移滞回曲线进行计算,分析计算所得的刚度、阻尼等。结果表明,复刚度法适用于高频(4Hz以上)和低频(1Hz以下)的动态特性计算,坐标法适用于低频(1Hz以下)的刚度计算,能量法适用于低频(1Hz以下)的刚度和不同频率下的阻尼计算。

选煤厂振动筛疲劳破坏及改造研究

振动筛分设备在选煤厂大量应用,而传统振动筛由于采用钢制螺旋弹簧存在阻尼减振效果差,导致振动筛筛体寿命短、厂房噪音大。针对选煤厂振动筛容易出现疲劳振动破坏,提出了用空气弹簧替换原本钢簧的改造方案,并研究振动筛的力学模型和疲劳破坏机理,研究了空气减振系统的频率特性、刚度特性和阻尼特性。结论发现空气弹簧减振系统能有效避免振动筛产生共振,减小振动筛振动最剧烈的启停阶段的振幅,延长振动筛的使用寿命。

电控空气半主动悬架控制策略分析

为了提高商用车行驶稳定性和运载货物完整度,应用流体力学和牛顿力学建立MATLAB/Simulink空气弹簧可变刚度悬架模型。根据汽车实际工况需求,设计一种具有车身高度调节死区的分层架构控制策略,并采用比例-积分-微分(PID)算法控制脉冲宽度调制(PWM)信号占空比,进而改变电磁阀开闭状态,最后对比分析控制前后悬架动态特性。仿真结果表明,在车速分别为50 km/h和90km/h的B级随机路面条件下,PID控制策略悬架动挠度和簧载质量加速度均方根值有不同程度改进,有效提高了电控空气悬架动态性能。

空气弹簧的现状及其发展

空气弹簧在振动控制上有着卓越的表现,受到广大科研人员的关注。此文章简要介绍了国内外空气弹簧的诞生、发展历史、现状、应用范围和它的主要特点。针对空气弹簧的相关理论,刚度特性、频率特性、阻尼特性和非线性特性等方面进行了详细论述。空气弹簧具有的非线性特性是强非线性,它的非线性主要由材料非线性、几何非线性和接触非线性组成。对国内外现有的空气弹簧类型进行了简要说明。并分机械式、电子控制式和智能控制式三个方面阐述了空气弹簧控制系统发展的历史阶段和发展趋势,根据国内外相应的资料对空气弹簧的几种破坏形式作了简介,最后指出了空气弹簧未来的四个研究方向:主附气室体积比对空气弹簧性能影响的研究,空气弹簧非线性特性的研究,空气弹簧的智能控制系统的研究,高强度高耐磨性耐寒的空气弹簧气囊材料的研究。

多曲囊式空气弹簧非线性弹性特性研究

分析了多曲囊式空气弹簧的材料、几何和接触等非线性力学特性,提出采用非线性有限元研究空气弹簧非线性弹性特性的方法。根据有限元方法建立了空气弹簧的有限元分析模型,进行了有限元计算和试验研究,计算结果与试验结果吻合较好,验证了所采用的研究方法和分析模型的正确性和有效性。在此基础上,研究了充气压力、胶囊参数及附加气室容积对空气弹簧弹性特性的影响,结果表明:空气弹簧的承载能力和刚度随充气压力增加而增大;胶囊的帘线角和附加气室容积对空气弹簧弹性特性有较大的影响;帘线网格间距、帘线层间距、帘线层数及帘线材料对空气弹簧弹性特性影响不大。

空气弹簧非线性弹性特性有限元分析

应用 ABAQU S非线性有限元分析软件 ,对空气弹簧进行有限元建模 ,计算其静态刚度特性。理论计算结果与试验结果比较吻合。最后对影响空气弹簧弹性特性的主要参数进行了讨论。

计及接触摩擦的多片钢板弹簧刚度特性的研究

建立某重型载货汽车后悬架12片等厚钢板弹簧自由状态模型,利用ANSYS软件的接触非线性功能,进行钢板弹簧的刚度特性分析,得到其载荷-变形曲线和应力分布;同时对钢板弹簧进行试验。结果表明,刚度的计算值和测试值基本吻合,应力的计算值和测试值误差较小,说明有限元分析能精确地模拟各簧片间的接触和摩擦问题,真实反映钢板弹簧的受力和变形情况。

空气弹簧系统垂向刚度特性的有限元分析

对空气弹簧系统材料非线性、几何非线性和状态非线性问题以及气固耦合问题进行了理论分析,得到了在有限元分析中的处理方法.用有限元软件ABAQUS建立了空气弹簧系统有限元模型,其中帘线采用rebar单元.计算了空气弹簧系统的垂向刚度,并分析了气体压力和帘线角对垂向刚度的影响.有限元计算结果表明,空气弹簧系统垂向刚度随气体压力的增加而增加,随帘线角的增大而略减小.

单气室变截面空气弹簧刚度特性及影响因素分析

研究膜式空气弹簧的刚度特性,分析影响膜式空气弹簧刚度的因素。活塞形状是影响膜式空气弹簧的主要因素,不同的活塞形状对应着不同的刚度特性。膜式空气弹簧的刚度特性没有统一的标准,每种活塞形状都有相对应的刚度特性。基于膜式空气弹簧的这种特点,推导出曲线回转体空气弹簧的刚度公式。其中,活塞作用高度与空气弹簧位移的关系是推导单气室变截面空气弹簧刚度特性的关键因素,提出分段推导活塞作用高度与空气弹簧位移关系的方法。在建立单气室变截面空气弹簧的模型过程中,分析活塞结构尺寸变化对单气室空气弹簧刚度特性的影响。在空气弹簧基本结构尺寸确定的条件下,活塞内锥角和活塞高度变化是影响单气室变截面空气弹簧的主要因素。

空气弹簧力学模型与特性影响因素分析

刚度特性、频率特性和阻尼特性直接影响空气弹簧的隔振性能。利用工程热力学理论,建立了有、无附加气室空气弹簧的力学模型,推导出空气弹簧刚度与频率的数学表达式,并对影响空气弹簧特性的主要因素进行了分析。研究结果表明:空气弹簧具有明显的非线性特性,在外载荷变化大时,自振频率基本保持不变;空气弹簧的工作气压、有效面积变化率、工作容积、工作状态及节流孔直径是影响空气弹簧性能的主要因素。

囊式空气弹簧刚度特性的非线性有限元法研究

利用非线性有限元方法,研究由多层复合材料组成的空气弹簧的垂向和横向刚度特性,分析大变形的几何非线性、空腔内空气的状态非线性和胶囊与金属裙板形成的接触非线性,得到了空气弹簧刚度非线性特性的精确描述,并讨论了橡胶囊各参数对空气弹簧垂向和横向特性的影响。通过与试验结果比较,证明了该方法确实可行。

不同摩擦系数的少片变截面钢板弹簧性能分析

采用不同材料的板簧垫片,簧片间摩擦系数亦有所不同,因此设计钢板弹簧时仅考虑钢与钢的接触摩擦将造成其性能分析结果的不准确.针对这一问题,利用ANSYS软件的接触非线性功能,对少片变截面钢板弹簧的等效应力及刚度特性进行分析,得到不同摩擦系数下的VonMises应力分布和载荷-变形曲线,重点讨论了摩擦系数对钢板弹簧应力及刚度特性的影响;同时对钢板弹簧进行相应的性能试验.结果表明:少片变截面钢板弹簧的应力计算值和测试值误差较小,刚度仿真计算值和试验测量值基本吻合,相对误差小于5%,说明有限元分析能精确地模拟各簧片间的接触和摩擦问题,真实反映钢板弹簧的受力和变形情况,可用于研究簧片间不同摩擦系数对钢板弹簧应力及刚度特性的影响.

空气弹簧非线性横向特性的有限元计算

根据超弹性材料的非线性本构关系,考虑空气弹簧的材料非线性、几何非线性和接触非线性问题,应用MSC.Marc软件建立了空气弹簧的有限元模型,以计算空气弹簧横向载荷与横向位移响应特性,得到其非线性横向刚度曲线,并通过实测数据验证了这一计算的合理性。并据此研究了内压、帘线角、帘线层数、帘布线厚度等空气弹簧参数对横向刚度的影响,以及帘线角对胶囊各铺层应力的影响,为空气弹簧的优化设计和横向特性分析提供了新思路。