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2003 年 MSC.Software 中国用户论文集 带橡胶衬套轿车底盘部件的有限元与疲劳分析 吴铭 上海汇众汽车制造有限公司 - 1 - 2003 年 MSC.Software 中国用户论文集 带橡胶衬套轿车底盘部件的有限元与疲劳分析 吴铭 (上海汇众汽车制造有限公司) 摘 要: 本文论述了作者采用MSC.Marc 与MSC.Fatigue 分析软件对带橡胶衬套轿车底盘部件 进行了有限元和疲劳分析。 关键词：MSC.Marc MSC.Fatigue 橡胶衬套 轿车底盘部件有限元分析 疲劳分析 一、前言 用CAE 的方法在设计早期预演产品的性能越来越被制造业引起重视，它对企业提高产品 质量、缩短开发周期、降低成本具有积极的作用。这几年，我公司在CAE 应用上有了较大的进 步。已经具有如强度、模态、疲劳、冲击碰撞、运动机构仿真分析能力，承担或解决过大量CAE 课题，取得了一定的成绩。 但这些年来，也有一些问题困挠着我室CAE 工作的深入。带橡胶衬套轿车底盘部件的有 限元分析就是难点之一。 我公司主要产品之一为主机厂提供轿车底盘部件。轿车底盘部件的安装关节处大多裝有橡 胶衬套，在台架试验时橡胶衬套并不取下而与底盘部件一起进行试验。这就给在带橡胶衬套轿 车底盘部件的有限元分析中如何仿真这些试验增加了难度。 以往的做法有二： 其一、忽略橡胶衬套，将该部位定义成全约束或三个位移约束部分旋转：沒有考虑衬套对 系统的反作用，结果误差较大。 其二、用典型坚硬固体等效橡胶衬套。定义杨氏模量10Mpa、泊松比0.49 在小应变线性范 围内计算，虽考虑了衬套对系统的反作用，但所用材料参数和线性分析方法与橡胶具有的力学 特性相去甚远，与材料牌号根本没有关系，只能算出大致结果。 本例采用MSC/MSC.Marc 高级非线性软件，用橡胶材料实验数据定义材料卡片，以期建立较 为准确的橡胶衬套的有限元模型，解决带橡胶衬套轿车底盘部件的有限元分析方法，得到与台 架较为接近的结果。 - 2 - 2003 年 MSC.Software 中国用户论文集 二、橡胶材料本构模型 橡胶材料是指用于任何与天然橡胶具有类似力学特性的材料。橡胶类材料最明显也是最重 要的物理特性是在较小的应力作用下有高度变形，非线性性质很明显，因此除非在小应变范围， 一般不能定义杨氏模量。这种高可伸展性和低模量与典型坚硬固体（如钢）相反，橡胶与一般 固体如晶体、玻璃、金属等之间有巨大的差別。 在汽车底盘带橡胶衬套部件中，采用橡胶材料多为实心橡胶可视为不可压缩材料。橡胶材 料是常见的弾性体，材料具有显著的非线性特征，能夠承受极大应变，一般用应变能密度函数 描述这类超弾性材料。 通常采用Mooney 理论： Mooney 理论对橡胶材料的假設： （1）橡胶是不可压缩的而且在变形前是各向同性的。 （2 ）简单剪切包括先受简单拉伸再在平面上叠加简单简单剪切服从虎克定律。 在以上假设基础上有应变能函数为 2 2 2 2 2 2 W=C （λ+ λ+ λ-3）+C （1/ λ +1/ λ+1/ λ-3 ） 1 1 2 3 2 1 2 3 另有其它形式如： W= （C 2 2 2 + C ）（λ+1/ λ -2 ）= （C + C ）γ 1 2 1 1 1 2 三阶变形形式如 ： 2 2 W=C (I -3 )+C (