橡胶衬套动态特性研究

在橡胶超弹性及黏弹性本构模型基础上,提出超-黏弹性本构模型。以某车前悬架控制臂橡胶衬套为研究对象,建立其动态特性有限元模型,并将仿真结果与试验数据对比。结合已有的橡胶衬套动态特性试验数据,采用自适应响应面法识别得到与研究对象匹配精度较高的频域黏弹性本构模型参数。建立其动态特性相应工况的有限元模型,进而得出橡胶衬套动态特性迟滞回线,求得阻尼角信息,完成橡胶衬套动态特性信息重建。     

基于超静定方程的橡胶材料本构模型参数识别

由于橡胶材料具有非线性和大变形特性,使得描述橡胶力学特性的本构模型参数的确定比较烦琐和困难。为了提高橡胶本构模型参数识别的准确性,基于超静定方程求解原理推导出一种新的识别方法。以某橡胶衬套为例,识别的参数应用于有限元分析,对比试验数据,结果表明该识别方法可以准确识别橡胶材料参数,并且精度相对于最小二乘法有了明显改善,显示了超静定识别法的有效性和可靠性。     

基于次弹性模型的三维牙周膜建模仿真研究

建立和研究牙周膜的次黏弹性本构模型.对用次弹性模型描述牙周膜力学特性的合理性进行了分析,基于各向同性假设和小应变的条件进行推导,建立了基于单轴拉伸实验数据的牙周膜多轴次弹性模型;基于已有的试验数据,构建了牙周膜次黏弹性本构模型,并确定了粘性参数;在此基础上,建立了牙颌有限元模型,并使用次弹性模型对文献的实验进行了仿真.结果表明,有限元仿真结果与实验数据基本符合,该次弹性本构模型能够描述牙周膜的力学特性.     

衬套类橡胶悬置静刚度的预测

静刚度作为橡胶悬置设计的目标参数之一,同时也是橡胶悬置各项特性研究的基础。为了在橡胶悬置新产品制造前就获得其静刚度值,今提出一种静刚度值的预测方法,以降低新产品的开发成本。以一款衬套类橡胶悬置作为研究对象,从橡胶材料的基础力学性能试验出发,通过橡胶单轴拉伸试验获得试件的应力-应变关系,结合Mooney-Rivlin橡胶本构模型,通过曲线拟合的方法来获得该悬置橡胶材料的本构模型参数;在Unigraphics NX软件上完成悬置模型建立,并通过Hypermesh软件完成前处理,在Abaqus软件中进行静刚度有限元分析,经计算得到衬套类橡胶悬置静刚度的预测值;利用MTS700Hz动态仪实测橡胶悬置的静刚度,将橡胶悬置仿真试验静刚度值与实测静刚度值进行比较,得到X、Y、Z 3个方向的刚度误差分别为7.2%、6.6%、3.2%,相对误差在允许的误差范围之内,从而证明了利用该方法可有效预测橡胶悬置的静刚度。     

橡胶颗粒沥青砂非线性蠕变模型试验研究

为了研究橡胶颗粒沥青砂非线性蠕变回复行为,基于Schapery黏弹性模型理论,并结合改进型Swchartz黏塑性模型,提出一种改进的积分型本构模型;开展一系列橡胶颗粒沥青砂压缩蠕变试验,通过最小二乘法与改进欧拉法对实验数据进行拟合,确定模型中各参数;最后,利用模型对不同应力水平下橡胶颗粒沥青砂的蠕变回复行为进行预测。研究结果表明:该蠕变本构模型不仅能准确描述橡胶颗粒沥青砂蠕变过程中复杂的非线性黏弹塑性行为,并且可用来预测不同应力水平橡胶颗粒沥青砂蠕变特性;相比于其他模型,本文模型中参数的确定简单、方便。     

三种黏弹性本构模型描述的土中单桩的扭转振动

针对土体中单桩的扭转振动问题,分别采用Kelvin黏弹性模型、三参数固体黏弹性模型和分数阶黏弹性(FDV)模型描述桩周土体的本构关系,对黏弹性土体和土体中单桩的扭转振动进行了求解,并对3种模型描述的黏弹性土中单桩的扭转振动进行了分析,讨论了有关参数对单桩扭转振动的影响.结果表明:三参数固体模型描述的土中单桩扭转振动的复刚度实部和虚部随频率变化曲线较其他两个模型波动要小,黏弹性土体中单桩的扭转振动特性与本构模型有关,经典黏弹性模型的桩顶扭转复刚度要比分数阶模型的复刚度大.     

环氧基形状记忆聚合物超弹-黏弹性本构及大应变率相关性

为探讨环氧基形状记忆聚合物(ESMP)在大应变状态下由材料超弹-黏弹性引起的应力软化-刚化效应及率相关特性,针对玻璃化转变温度(T_g)附近ESMP在发生大变形时表现出的应力软化和刚化效应进行力学本构方程及其试验研究.利用2阶多项式的超弹性本构方程替换广义Maxwell模型中的线弹性胡克定律以考虑大应变条件下材料的刚化效应,构造出超弹-黏弹性本构方程,并在真应变速率恒定的条件下推导出具有解析表达式、便于工程应用的材料参数测定公式;采用分段线性位移曲线逼近指数变化位移曲线,在温度高于T_g点的橡胶态及低于T_g点7℃的状态下,分组进行不同应变率的ESMP单轴拉伸试验;利用试验数据拟合得到推导本构方程的材料参数,并对其相应的拉伸试验进行数值模拟,试验结果与模拟结果较为吻合.结果表明:ESMP具备明显的率相关特性;随着应变速率的增大,ESMP的软化效应及刚化效应有所增强;应变速率大的切线模量总是大于应变速率小的切线模量.     

后轮随动转向车辆非线性动力学特性研究

向后轮随动转向系统中引入一种黏弹性参数可变的黏弹性材料,以替代传统的橡胶衬套;基于黏弹性材料的分数阶本构模型,以及具有饱和特性的非线性魔术轮胎模型,建立了随动转向车辆的三自由度分数阶动力学模型;根据给定的车辆参数,利用MATLAB软件仿真研究了随动转向车辆的横向动力学行为。研究结果表明:在一定的参数条件下,随着车速的提高,后轮随动转向角发生了Hopf分岔现象;当车辆的行驶速度超过某个阈值时,随动转向车辆将发生明显的摆振,后轮随动转向角和车辆横摆角速度时间历程曲线均呈现出具有两个稳定幅值的周期振动,随动转向角相图上出现了两个极限环;后悬架中引入的黏弹性材料参数对随动转向车辆的非线性动力学行为具有明显的影响。该研究为后轮转向车辆横向动力学行为的半主动控制奠定了理论基础。     

橡胶衬套对扭力梁悬架运动特性的影响分析

鉴于衬套对悬架和整车性能影响较大的原因,以扭力梁后悬架的斜置橡胶衬套为研究对象,设衬套静态特性试验结果为逼近目标,运用自适应响应面法对衬套橡胶本构关系的3阶减缩Yeoh多项式系数进行优化识别,基于优化系数构建精确衬套模型并建立新的约束与加载条件,在ABAQUS中求解得到绕轴向的三向刚度,实现了衬套全六向刚度的重构;进一步建立扭力梁后悬架运动特性仿真试验台,对影响仿真响应结果较大的衬套三轴向刚度进行全因子试验设计,将所得优化结果同悬架运动特性主要评价指标进行比较后可知,行驶平顺性等得以改善,而优化前后的外倾角顺从性变化不大,即衬套对扭力梁悬架外倾角变化影响很小.     

一种考虑粘弹塑性的新型橡胶材料本构模型及其参数识别

用带屈服过程的塑性单元来描述橡胶材料的振幅相关性,研究了塑性单元个数和屈服点分布的确定方法。提出了一种由该塑性单元与超弹及粘弹单元叠加成的橡胶材料的粘弹塑性本构模型。根据橡胶材料特性实验拟合该模型中的材料参数,并将该理论模型转化成有限元软件中的材料参数建立橡胶材料的有限元模型。橡胶材料有限元仿真结果与实验结果吻合较好,可用于后续橡胶衬套建模以及悬架系统的分析。     

变激励条件下金属橡胶非线性减振器试验研究

以某型金属橡胶非线性减振器为研究对象,对其进行了静态试验及不同正弦激励条件下动态试验,建立了基于双折线本构关系的数学模型,并利用粒子群优化算法对不同激励条件下减振器模型的参数进行了识别,通过识别参数的对比得到了减振器各参数在不同激励情况下的变化趋势. 结果显示对金属橡胶非线性减振系统进行动力学分析时,必须首先对实际工况下减振器进行动态试验,再通过参数识别获取减振器准确的数学模型,才能对金属橡胶减振系统进行准确的动力学分析.      

制动钳及其约束对制动器热机耦合特性的影响

在定义零件间的约束关系和边界条件并且设置制动器摩擦系数、对流传热系数和橡胶衬套刚度等关键参数的基础上,建立了包含制动盘、摩擦衬片、制动块背板、活塞、制动钳、保持架、导向销及其橡胶衬套等零件的完整制动器热机耦合有限元模型.利用该模型对单次制动工况下的制动盘温度、周向应力和变形等热机耦合特性进行了分析.基于该模型将导向销橡胶衬套等效为弹簧单元和固定约束,发现橡胶衬套可忽略其几何结构等效为弹簧单元,但不可忽略为固定约束.最后,结合在制动器惯量试验台上开展的制动器热机耦合试验中热成像仪等设备测量盘面温度和变形的结果,验证模型的有效性,说明制动钳对制动器热机耦合特性有重要影响.     

考虑细观缺陷和静力本构的混凝土动力本构模型

混凝土的动力特性一直是研究人员关心的一个问题。经典的细观力学方法虽然可以较好地描述混凝土的性质,但计算比较复杂。该文提出了一种考虑细观缺陷的混凝土动力本构模型,该模型不需要进行繁琐的计算,直接在混凝土静力应力应变关系基础上,考虑混凝土断裂韧度和微裂纹应力强度因子在静动力荷载下的差异,推求动力荷载下的应力应变关系。与试验结果对比表明,本文提出的理论模型能较好地反映混凝土的动力特性。     

金属橡胶非线性减振系统混沌特性研究

对金属橡胶非线性减振系统的混沌特性进行了研究,建立了系统的力学模型,对减振器进行了静、动态试验,识别了减振器的各参数,通过求解系统响应随激励参数变化的分岔图,确定了系统产生混沌时激励力和频率的取值,采用Runge-Kutta法求解并绘制了系统的位移时间历程图、相图、Poincaré映射图和频谱图,计算了Lyapunov指数最大值,并在Adams软件环境下进行了仿真试验验证,证明了金属橡胶非线性减振系统具有混沌振动特性.      

低速轴流压气机三维流场测量与失速特性分析

在近失速和失速状态下,利用五孔探针对单级轴流压气机转子前后的三维流场进行了详细的测量和对比分析。基于失速状态下进出口壁面静压的动态变化,对失速区的空间结构和气流参数的动态变化规律进行了研究,建立了描述失速区气流参数变化的微分方程模型,并根据实验数据对模型进行了校验。结果表明,失速区内发生了回流,回流的速度方向与主流的夹角约为110°。回流区占据的径向范围为70%叶高以上,轴向范围为静子前部区域。在失速区内,压力、速度等气流参数随时间进行振荡衰减。该动态变化过程可以用二阶系统来描述。     

金属丝网减振器的建模与参数识别研究

针对金属丝网减振器的滞迟特性和非线性关系,利用金属丝网减振器的静态特性试验得到载荷-位移曲线,并由此建立了金属丝网减振器的滞迟恢复力模型,将恢复力gn分解为无记忆部分g0和记忆部分z(t),并分别用间接Fourier展开法和直接Chebyshev展开法对减振器双折线本构关系进行级数展开和参数辨识,通过参数识别数值模拟得出Chebyshev级数展开识别法的精度略胜一筹,为建立金属丝网减振器非线性泛函本构关系与动力学模型提供了坚实的实验基础和理论指导。     

重型牵引车空气悬架参数匹配优化

在分析空气弹簧刚度特性的基础上,获取空气弹簧动特性曲线优化方法,利用ADAMS/Car建立重型牵引车空气悬架以及整车虚拟样机模型,以空气弹簧刚度和减振器阻尼为试验因子,以驾驶员处的加权加速度均方根值函数为目标函数,通过响应曲面法建立目标函数与试验因子之间的关系表达式,获取最优空气弹簧动特性曲线.将优化的空气悬架参数代入到整车模型进行分析,仿真结果表明采用优化后的悬架参数可使驾驶员舒适度得到提高.     

一个联系现场和室内的本构模式

在总结国内外有关研究成果的基础上,对联合室内和现场试验研究土体本构模型及确定模型参数方法进行了初步探索.通过室内固结排水静力三轴剪切试验研究发现,在不同固结应力及干密度下,割线模量Es与轴向应变εa的关系曲线可以采用最大弹性模量Emax及参考应变εr归一为Es/Emax~εa/εr曲线,归一的曲线受结构性、颗粒大小及级配等因素的影响很小,提出以土层原位试验得到的Emax代替室内试验的Emax,获到原位土体实际的Es~εa曲线.针对邓肯双曲线模式的缺点,提出了一种新的土体静力应力应变关系本构模式,新模式能很好地描述试验结果.     

等壁厚螺杆钻具橡胶衬套失效研究

与常规壁厚螺杆钻具相比,等壁厚螺杆钻具以其输出功率大,输出扭矩稳定等优点获得业内认可。随着等壁厚螺杆钻具的逐步推广使用,等壁厚橡胶衬套失效问题也日益突出。橡胶衬套失效以后,螺杆钻具输出性能降低,使用寿命也减小,这对钻井速度和钻井效益都有较大影响。基于热力学原理、Principal strain疲劳算法,建立螺杆马达定转子数值模型,研究了井深、过盈量及粗糙度对橡胶衬套热力学行为的影响,并运用Fe-safe疲劳分析预测橡胶衬套寿命。研究结果表明,等壁厚橡胶衬套主要失效形式为疲劳失效;通过等壁厚与常规壁厚橡胶衬套对比分析可知,等壁厚橡胶衬套较常规壁厚橡胶衬套有更好的密封性能,且对静液柱压力敏感程度更低。对等壁厚橡胶衬套进行设计时,应重点考虑过盈量对橡胶衬套磨损的影响,以确保螺杆钻具安全高效工作。