橡胶衬套静态特性计算测试相关性分析(final).pdfVIP

橡胶衬套静态特性计算测试相关性分析 叶必军 段小成 严妮娜 潘孝勇 （宁波拓普声学振动技术有限公司，宁波，315806） 摘 要：本文首先选取了几种常见结构衬套作为研究对象，并采用合适的橡胶超弹性本构模型在 ABAQUS 软件中计算其三向 静刚度；然后采用同一种胶料分别硫化四种衬套并在 MTS833 弹性体测试平台上测试得其力-位移曲线；最终将衬套的静刚度计算 值与测试值进行对比研究，结果表明在 ABAQUS 中可对橡胶静态性能进行较为准确的模拟，具有较高的工程价值。 关键字：橡胶衬套、有限元分析、测试、ABAQUS 1 概述 橡胶减振器被广泛地应用于汽车减振系统，如动力总成悬置、底盘衬套和排气管吊耳等。在这些系统中，橡 胶减振器的线性静态性能主要为满足系统的减振性能要求，橡胶减振器的非线性静态性能则为满足系统的位移控 制要求。因此，为了满足系统的减振性能和位移控制要求，须对零件的结构和橡胶配方进行设计和优化。所以在 设计初期，如何利用数值计算技术来准确地预测零件的静态性能，就变得极为重要。 对零件的静态特性进行预测涉及诸多方面,如材料本构模型的选择、材料模型参数的获得、计算方法的选择等， 需要根据企业实际情况建立橡胶减振件的计算规范，以期获得一致而精确的结果。为获得准确的结果，进行计算 与测试的相关性分析就显得尤为重要。本文通过选取具有代表性的典型衬套结构，进行静态性能的计算与测试， 以期验证计算的精确度。 在此相关性研究中，选取了具有代表性的橡胶减振件零件即橡胶衬套作为研究对象，选用天然橡胶 N50 作为 硫化原材料来制作样件，采用 MTS833 三轴向试验台测试获得其三向准静态性能曲线，使用 ABAQUS 软件计算 了样件的静态刚度，用统计的方法对比了测试与计算的相关性。 2 橡胶衬套结构与静态性能测试 2.1 典型橡胶衬套结构 根据工程应用经验，筛选了最为常用的四个衬套结构作为研究对象，如 图 1 所示。 图 1 四种衬套结构 衬套 A 为橡胶衬套减振件中最基本的结构形式，左右主簧呈 60 ～150 度夹角，使衬套在 Z 向运动时主簧主要 受拉压载荷，并通过合适地安装使衬套在常用载荷时受压，以提高结构疲劳性能。衬套 B 对橡胶主簧进行了变形 处理，设计成斜十字交叉共四根主簧。衬套 C 修改了衬套芯子的结构，适合于单侧芯子连接，经常作为支撑减振 器结构。衬套 D 考虑了左右主簧夹角中一定厚度橡胶衔接的状态，主要为实现三向刚度比例的同时获得较好的疲 劳性能。 为便于说明和数据统计，这里对衬套的参考坐标系做统一规定，X 向为侧向，Y 向为芯子轴向，Z 向为衬套 主方向，如图 2 所示。 Z X 图 2 参考坐标系的定义 2.2 橡胶衬套样件与静态性能测试 为获得具统计意义的数据，对零件静态性能测试方法做了统一要求。测试设备为 MTS 833 三轴向试验台， 可利用同一套工装测试衬套三向静刚度曲线，如图 3 所示。 图 3 MTS 833 三轴向试验台 为保持测试数据的可靠性与一致性，在橡胶衬套样件制作与测试过程中进行如下定义： 1、 为了避免橡胶配方不同导致的性能差异，零件制作时均使用天然橡胶 N50 ； 2、 为保证分析模型与实际样件几何参数一致，不对零件进行缩径处理，且在无预载状态下进行刚度测试； 3、 定义测试载荷范围， X 向加载力的范围为-1000N 至 1000N，Y 向加载力的范围为-500N 至 500N ，Z 向加 载力的范围为-3500N 至 3500N ； 4、 为降低橡胶材料粘弹性对橡胶静态性能测试的影响，定义加载控制为速度控制，速度为 0.15mm/s ； 5、 因主要关注衬套线性静态性能，定义零件线性刚度取值范围为在自由状态下-150N 至 150N； 6、 基于统计原则，每个衬套结构均采集了三个样本的测试数据。 3 衬套静态性能计算