橡胶减振器的设计与优化

发布时间：2017-04-28 17:11

  本文关键词：橡胶减振器的设计与优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：橡胶弹性元件是组成减振系统关键部件,能够减小和消除车体的振动、噪声的向上传递。橡胶减振器性能优良,在高速动车上被广泛应用。橡胶地板减振器就是车体内地板减振器系统的主要减振元件。由于橡胶减振器复杂多变的结构形状以及橡胶材料复杂的非线性特性,目前并没有理想的模型或解析公式可以准确地描述其弹性特性与结构参数之间的关系,因而橡胶隔振器的结构设计也没有确定的方法,大多采用经验设计和试验修正的方法,而且橡胶地板减振器的设计主要是受安装位置和安装空间的影响较大。因此找到一种较好的橡胶地板减振器的设计优化方法,对于开发高性能的橡胶减振器,完善橡胶弹性元件的研发体系有重要意义。本文的主要研究内容如下:1、通过查阅大量相关的文献资料,对国内外橡胶减振器设计的现状和发展趋势进行研究,找到现有的橡胶减振器设计方法和优化方法的局限。2、通过分析减振器的减振器原理,将橡胶减振器整体看作一个自由度的振动系统。橡胶作为超弹性材料,用来制作减振器时,材料本身的非线性是影响设计的主要因素,选用ABAQUS有限元分析软件进行CAE设计。3、研究橡胶材料的基本性质,制备所需胶料;通过实验获得所需的应力-应变数据,并在0.5、1、1.5三种不同的水平下进行拟合,并进行拟合误差分析,最终确定选定Ogden N3模型。然后通过圆柱形的橡胶试样进行实验验证,通过对比试验所得的刚度结果和模拟所得的刚度结果,发现0.5应变的水平下的本构模型拟合度最好。4、根据不同的使用频率条件,确定了单个减振系统的特征频率,然后根据具体的受载情况确定了振动系统的质量,根据有阻尼的单自由度受迫振动公式计算出了减振器的动刚度,然后选择了合适的动静刚度比,最终确定了减振器的静刚度值。确定了减振器连接部分的结构方式和尺寸,并初步确定了减振器的结构。5、分析结构优化的数学理论基础,讨论减振橡胶部分去除方式对于减振器刚度的影响,运用有限元软件对橡胶减振器进行结构优化。通过优化分析减振器结构的合理性,改善减振器的力学性能,确定减振器的最终结构。并制造模具制作了减振器样品,经测试,样品刚度偏大。
【关键词】：设计 橡胶 减振器 刚度 分析 优化
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB535.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 1.绪论11-19
• 1.1 选题背景及意义11-12
• 1.2 橡胶减振器设计方法的研究现状12-17
• 1.2.1 橡胶材料本构模型的研究13-15
• 1.2.2 计算方法的研究15-16
• 1.2.3 优化方法的研究16-17
• 1.3 论文主要研究内容17-19
• 2. 橡胶减振器的减振原理与性能要求19-26
• 2.1 减振器的减振原理19-23
• 2.2 性能要求23-24
• 2.3 技术要求24-25
• 2.4 FEA结构设计原理25-26
• 3.橡胶本构模型的确定26-48
• 3.1 橡胶材料特性26-29
• 3.2 橡胶胶料制备与性能测试29-33
• 3.2.1 实验方案29-31
• 3.2.2 实验工艺条件31-33
• 3.3 超弹性本构模型的基本理论33-39
• 3.3.1 大变形的应变能函数33-34
• 3.3.2 橡胶材料的本构模型34-39
• 3.4 超弹本构模型的选取及参数拟合39-47
• 3.4.1 橡胶基础实验39-41
• 3.4.2 拟合试验数据41-45
• 3.4.3 本构模型参数的验证45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 4. 减振器的设计48-67
• 4.1 初始结构的计算与选择48-57
• 4.1.1 减振器本征频率的选择48-49
• 4.1.2 载荷计算49-50
• 4.1.3 减振器刚度计算50-51
• 4.1.4 减振器连接方式的选择51-55
• 4.1.5 减振器主要尺寸的选择55-57
• 4.2 初始结构的刚度计算57-62
• 4.2.1 用设计公式进行刚度计算57-59
• 4.2.2 有限元刚度计算59-62
• 4.3 减振器刚度调整62-66
• 4.3.1 橡胶应力集中部位的结构调整62-63
• 4.3.2 刚度调整63-66
• 4.4 本章小结66-67
• 5 减振器的优化67-82
• 5.1 减振器最优化的数学模型67-68
• 5.2 开孔形状和尺寸的优化68-71
• 5.3 有限元优化71-78
• 5.3.1 优化的目标函数72-73
• 5.3.2 优化的约束条件73-74
• 5.3.3 ABAQUS/CAE结构优化步骤74
• 5.3.4 减振器的拓扑优化74-77
• 5.3.5 拓扑优化结果及分析验证77-78
• 5.4 实验验证78-79
• 5.4.1 减振器模具及实验样品78
• 5.4.2 减振器性能测试及结果讨论78-79
• 5.5 胶料的炭黑填充量对于减振器刚度的影响79-81
• 5.6 本章小结81-82
• 总结与展望82-85
• 本文所做工作和成果82-83
• 本文创新点83
• 展望83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士期间的研究成果90-91

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