发动机液压悬置的动特性分析与耐久性研究

论文摘要

动力总成悬置系统是动力总成与车架或车身之间的弹性连接装置,是发动机及整车减振降噪的重要组成部分。悬置系统的作用可归纳为动力总成支撑和双向隔振：既要保证在低频大振幅激励下有效降低由路面传递给发动机的振动,又要成功隔离发动机运转引起传递到车身的振动。液压悬置是目前悬置系统中广泛采用的隔振元件之一,其动特性是汽车发动机隔振的主要研究方向。随着液压悬置结构不断的改进,其性能也不断提高,使整车振动、噪声控制不断得以改善。本文在对液压悬置的结构和工作原理进行了详细的分析后,运用了流体力学的有关理论,建立了液压悬置的非线性力学模型和数学模型。然后,运用仿真工具Matlab/simulink建立了数值仿真模型,并进行动特性仿真计算。最后,分析了橡胶主簧刚度、橡胶主簧等效活塞面积、惯性通道等效横截面积和惯性通道长度对液压悬置动特性的影响。本文以轿车发动机液压悬置橡胶主簧为研究对象,探讨了橡胶隔振器弹性特性的有限元分析方法。文中介绍了橡胶材料本构关系的基本理论,论述了建立橡胶超弹性特性本构关系时试验数据的获取方法,应用大型通用有限元软件ABAQUS建立了橡胶主簧有限元模型的分析过程。根据应力云图初步确定两种悬置的疲劳破坏裂纹产生的位置,并进行了断裂面的预判,与悬置的实际断裂面基本一致。还计算分析了橡胶主簧各结构参数对主簧静态和动态特性的影响规律,从而通过修改敏感的参数,改善系统的性能,为液压悬置的产品设计、匹配提供指导。基于断裂力学理论,应用有限元分析的应力结果直接计算裂尖的应力强度因子,应用最大轴向应力准则获得裂纹扩展的方向角度和等效应力强度因子幅度,通过指定一个小的裂纹扩展增量,形成新的裂纹前沿,这样对裂纹扩展进行一步一步的跟踪。采用有限元ABAQUS中的COHESIVE(粘结)单元来模拟裂纹开裂和裂纹扩展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 动力总成悬置系统及其理想特性
• 1.1.1 悬置系统的功能
• 1.1.2 悬置系统的隔振机理
• 1.1.3 悬置系统的理想特性
• 1.2 动力总成悬置发展历史
• 1.2.1 橡胶悬置
• 1.2.2 液压悬置
• 1.2.3 半主动悬置和主动悬置
• 1.3 液压悬置国内外研究动态
• 1.3.1 国外研究动态
• 1.3.2 国内研究动态
• 1.4 课题研究意义
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 液压悬置理论模型的建立
• 2.1 液压悬置的结构分析
• 2.2 液压悬置的工作原理
• 2.3 液压悬置的力学模型
• 2.4 液压悬置非线性数学模型的建立
• 2.4.1 橡胶主簧数学模型的确定
• 2.4.2 惯性通道数学模型的确定
• 2.4.3 解耦盘数学模型的确定
• 2.4.4 液压悬置其他部分数学模型的确定
• 2.5 本章小结
• 第3章 液压悬置动特性仿真分析
• 3.1 液压悬置隔振性能评价
• 3.1.1 动刚度和滞后角
• 3.1.2 高频动态硬化时的最低频率
• 3.2 液压悬置参数的获取
• 3.2.1 橡胶主簧参数的确定
• 3.2.2 橡胶主簧等效活塞面积的确定
• 3.2.3 静平衡条件下液压悬置仿真模型的确定
• 3.2.4 确定液压悬置试验系统的极限加载频率
• 3.3 液压悬置的动特性仿真计算
• 3.3.1 仿真方法
• 3.3.2 仿真模型的建立
• 3.4 液压悬置结构参数对其动态特性的影响
• 3.4.1 橡胶主簧刚度对液压悬置动特性的影响
• 3.4.2 橡胶主簧等效活塞面积对液压悬置动特性的影响
• 3.4.3 惯性通道等效横截面积对液压悬置动特性的影响
• 3.4.4 惯性通道长度对液压悬置动特性的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 液压悬置橡胶主簧有限元模型建立
• 4.1 橡胶材料模型的选取和材料参数的确定
• 4.1.1 橡胶材料超弹性本构关系的基本理论
• 4.1.2 橡胶材料的各类超弹性本构模型
• 4.1.3 橡胶材料超弹性本构关系的确定
• 4.2 液压悬置橡胶主簧的有限元模型建立
• 4.2.1 液压悬置橡胶主簧三维实体建立
• 4.2.2 液压悬置橡胶主簧有限元模型建立
• 4.3 本章小结
• 第5章 液压悬置橡胶主簧有限元分析
• 5.1 橡胶主簧结构参数对垂向特性影响
• 5.1.1 金属骨架对橡胶主簧特性的影响
• 5.1.2 橡胶材料硬度对橡胶主簧特性的影响
• 5.1.3 主簧有效截面对橡胶主簧特性的影响
• 5.2 液压悬置橡胶主簧裂纹预测
• 5.3 本章小结
• 第6章 液压悬置橡胶主簧的断裂模拟分析
• 6.1 断裂理论
• 6.1.1 三种典型的裂纹
• 6.1.2 复合型裂纹的断裂判据
• 6.2 ABAQUS中COHESIVE（粘结）单元
• 6.2.1 分层的本构关系
• 6.2.2 COHESIVE单元阐述
• 6.3 液压悬置橡胶主簧断裂模拟
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 论文展望
• 参考文献
• 致谢