考虑衬套非线性本构特性的悬架多体动力学仿真

【摘要】橡胶衬套在汽车底盘系统中是非常重要的零部件，其力学特性对车辆动力学性能有很大影响。分布式驱动电动车采用轮毂电机作为动力源，区别于传统汽车的布置形式，电机带来的高频激振及簧下质量增加等因素，对于悬架系统的性能具有十分明显的影响。在分析分布式驱动电动车悬架性能的过程中，动力学仿真分析软件ADAMS中的线性特性衬套模型已经无法满足设计上的需要。因此，建立一种可以考虑橡胶衬套非线性特性的悬架多体动力学模型是十分必要的。本文针对分布式驱动电动车的悬架系统进行建模仿真。主要研究内容包括以下几个方面：首先，对橡胶材料和橡胶衬套的力学特性进行了概述，分析了橡胶材料和橡胶衬套的频率相关性、振幅相关性及温度相关性等因素对其力学特性的影响。然后简要介绍了目前对橡胶衬套理论模型研究的发展情况。其次，本文对橡胶衬套进行试验研究，以橡胶材料为切入点，对橡胶材料进行了静态、动态力学特性试验。针对橡胶的超弹性进行了静态拉伸试验，搭建了可调温的橡胶材料单轴拉伸试验台，通过对橡胶样片进行不同温度下的单轴拉伸试验，获取了橡胶材料的超弹性试验数据；针对橡胶的粘弹性进行了动态力学试验，获取了橡胶对于时间和温度的响应特性关系。然后对橡胶衬套进行了静态、动态力学特性试验，得到了橡胶衬套的静刚度试验数据和动刚度试验数据。再次，根据得到的橡胶材料的试验数据，对试验曲线进行拟合处理，得到橡胶材料的超弹性、粘弹性参数，在有限元仿真软件ABSQUS下建立了橡胶衬套的有限元模型，并根据橡胶衬套的试验数据验证了有限元模型的准确性。对有限元模型进一步仿真计算，得到了橡胶衬套在六个方向的刚度特性数据。随后，研究了橡胶衬套的理论模型，根据本课题的实际需要选取了一种由超弹性单元、粘弹性单元和摩擦单元并联组成的三单元叠加的橡胶衬套参数化模型。利用仿真分析得到的衬套刚度特性数据，以三单元叠加的橡胶衬套参数化模型为基础对橡胶衬套六个方向的刚度数据进行参数辨识，得到了橡胶衬套在不同温度下不同方向上的参数数据。最后，利用ADAMS/Car控制仿真分析模块，建立面向分布式驱动电动车的双横臂前悬架模型。通过对ADAMS进行二次开发，编写GFOSUB用户子程序，将理论模型辨识得到的参数数据输入到GFORCE传递数组中，实现对悬架中橡胶衬套力学特性的准确表达。然后，对建立好的悬架模型进行静态K&C试验，验证所建立模型的正确性；对悬架模型进行了动态激振仿真，证明本文建立的模型能够比较真实地反映出橡胶衬套的动态力学特性。此外，还通过仿真技术得到不同温度下橡胶衬套对悬架特性变化曲线，验证了不同温度下橡胶衬套的刚度特性对悬架特性确实存在明显的影响，可以为橡胶衬套的优化设计提供指导。
【作者】田野；
【导师】庄晔；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】分布式驱动电动车；橡胶衬套；非线性；悬架；多体动力学仿真；

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