Влияние вязкоупругости и демпфирования резины на вертикальную динамическую жесткость пневморессоры

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 9886 (2023) Цитировать эту статью

317 Доступов

Подробности о метриках

В качестве объекта исследования использована пневматическая пружина диафрагменного типа. Рассчитано отношение изменения вертикальной жесткости, вызванного сжатым воздухом, к общему изменению вертикальной жесткости и установлено, что нелинейность вертикальной жесткости пневматической пружины в основном обусловлена ​​деформационной жесткостью резиновой подушки безопасности. Закон изменения вертикальной динамической жесткости пневморессоры был предсказан теорией: из-за вязкоупругости материала вертикальная динамическая жесткость возрастает с увеличением частоты возбуждения, а вертикальная динамическая жесткость уменьшается с увеличением амплитуды возбуждения из-за затухания материал. Были проведены анализ методом конечных элементов пневматической пружины (FEA) и эксперимент. Результаты показывают, что вертикальная динамическая жесткость, полученная посредством моделирования и эксперимента, согласуется с теоретическим прогнозом, когда учитывались различные факторы, такие как нелинейность материала, соединение элементов и чувствительность к значению жесткости. Это доказывает достоверность предсказанного закона изменения вертикальной динамической жесткости. Вертикальная динамическая жесткость, полученная как в результате моделирования, так и в результате эксперимента, показала сильную корреляцию численных значений, что подтвердило точность модели пневматической рессоры FEA, установленной в этой статье.

Благодаря своим разумным нелинейно-упругим свойствам, низкой частоте вибрации, эффективной скорости поглощения энергии, регулируемым характеристикам жесткости для оптимального комфорта вождения и другим преимуществам пневматические пружины популярны среди автопроизводителей и потребителей. Пневматическая подвеска доступна на таких автомобилях, как NIO ES8, Audi A8, Hong Qi HS7 и других. В последние годы автомобильная промышленность также проявила большой интерес к исследованиям пневматических рессор.

Жесткость сжатого воздуха и жесткость деформации резины составляют большую часть жесткости пневматической пружины. На данный момент не удалось прийти к единому выводу о том, является ли основным фактором, влияющим на жесткость пневморессоры, жесткость сжатого воздуха1 или деформационная жесткость резиновых подушек безопасности2. В данном исследовании сделан вывод, что основным фактором, влияющим на жесткость пневморессоры диафрагменного типа, является деформационная жесткость резиновой подушки безопасности путем расчета отношения жесткости сжатого воздуха к общей жесткости. Деформационная жесткость резиновых подушек безопасности связана со свойствами резинового материала, такими как плотность, гиперэластичность, вязкоупругость и демпфирование. Все эти свойства резиновых материалов следует учитывать в процессе анализа для получения надежных результатов. Анализ пневматической рессоры состоит из трех различных маршрутов: теоретического исследования, FEA и экспериментального исследования. Среди них свойства резины участвуют в теории и исследованиях FEA.

При теоретическом анализе пневматической рессоры основными факторами были демпфирование резины и вязкоупругость. В исследовании представлена ​​механическая модель динамической жесткости пневматических рессор, которая учитывает эквивалентные свойства демпфирования и гистерезиса при теоретическом исследовании пневматических рессор3. Разработана механическая модель пневморессоры с нелинейными свойствами, основанная на демпфировании и вязкоупругости резины. Кроме того, был предложен шестиэтапный подход к определению параметров резины2.

Влияние демпфирования резины и вязкоупругости учитывают также при МКЭ резиновых изделий или объектов с простым гармоническим движением. После настройки демпфирования Рэлея результат смещения простой гармонической вибрации становится более точным4. Если в анализе Abaqus/Explicit не учитывать демпфирование, пропорциональное жесткости, возникнут высокочастотные колебания5. Демпфирование резинового опорного кольца используется в качестве обратной связи для анализа вибрационных характеристик автомобиля, а комфорт езды на автомобиле можно улучшить путем изменения параметров, связанных с резиновым демпфированием6. Собственная вязкоупругая частота резины ближе к результатам эксперимента по модальному анализу методом конечных элементов (FEMA), чем к результатам без вязкоупругого материала7. Вязкоупругость материалов влияет на распределение напряжений и общие характеристики гистерезиса резины в процессе релаксации8. Максимальное контактное давление и напряжение фон Мизеса уменьшились в результатах моделирования в рамках гиперупруго-вязкоупругой конститутивной модели резины по сравнению с гиперупругой конститутивной моделью резины, в то время как ширина контакта увеличилась9.