CAE技术在橡胶悬置静刚度设计中的应用
大型矿车发动机橡胶悬置静、动态刚度特性研究
大型矿车发动机橡胶悬置静、动态刚度特性研究胡启国;周亨;罗天洪;彭涛;田振勇【摘要】大型矿车的发动机质量巨大、安装方式独特,对其发动机悬置的静、动态刚度特性进行研究具有重要意义.采用显式有限元计算方法对大型矿车的发动机橡胶悬置进行了静、动态刚度特性分析,并在试验台上进行试验来检测数值仿真的精度,结果表明:大型矿车发动机悬置的静刚度仿真测试相对误差在8％以内、动刚度仿真测试相对误差在15％以内,这说明仿真与测试结果较为吻合,可以在结构设计阶段通过数值模拟的方式预测其静、动态刚度特性.研究结果对大型装备悬置系统的结构设计、缩短研发周期以及预防振动噪声具有参考价值.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】4页(P213-215,220)【关键词】大型矿车;橡胶悬置;静、动态刚度;显式有限元法【作者】胡启国;周亨;罗天洪;彭涛;田振勇【作者单位】重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆 400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆 400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆 400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆 400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆 400074【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH114摘.：大型矿车的发动机质量巨大、安装方式独特，对其发动机悬置的静、动态刚度特性进行研究具有重要意义。
采用显式有限元计算方法对大型矿车的发动机橡胶悬置进行了静、动态刚度特性分析，并在试验台上进行试验来检测数值仿真的精度，结果表明：大型矿车发动机悬置的静刚度仿真测试相对误差在8%以内、动刚度仿真测试相对误差在15%以内，这说明仿真与测试结果较为吻合，可以在结构设计阶段通过数值模拟的方式预测其静、动态刚度特性。
研究结果对大型装备悬置系统的结构设计、缩短研发周期以及预防振动噪声具有参考价值。
随着矿用自卸车的不断发展，人们对其平顺性和舒适性的要求不断提高，因此矿用自卸车的NVH性能就显得尤为重要，它是衡量平顺性和舒适性的重要指标之一。
CAE悬臂梁静力分析实验报告
CAE悬臂梁静力分析实验报告一、实验目的：通过CAE软件进行悬臂梁的静力分析，了解悬臂梁在不同载荷下的应力和变形情况，并根据实验结果进行分析和总结，掌握CAE软件在力学分析中的应用。
二、实验原理：悬臂梁是一种常见的结构，属于弯曲载荷结构，通过对悬臂梁的应力和变形进行分析，可以了解结构的安全性和可靠性。
三、实验步骤：1.构建模型：使用CAE软件创建一个悬臂梁的模型，包括梁的几何形状、材料属性等信息。
2.施加载荷：选择不同的载荷情况，如点载荷、均布载荷等，在模型上施加相应的载荷。
3.处理边界条件：设置悬臂梁边界条件，如固定端、自由端等。
4.分析模型：运行CAE软件进行力学分析，获取悬臂梁在不同载荷下的应力和变形情况。
5.结果分析：对实验结果进行分析，比较不同载荷下的应力分布和变形情况。
6.总结：根据实验结果总结悬臂梁的性能和结构安全性，给出进一步改进的建议。
四、实验结果与分析：根据实验结果，可以观察到不同载荷下悬臂梁的应力分布和变形情况。
通过对比不同载荷下的应力分布情况，可以判断梁在不同载荷下的安全性。
同时，通过比较不同载荷下的变形情况，可以对悬臂梁的刚度和变形情况进行评估。
五、实验结论：1.根据实验结果可以得出在不同载荷下悬臂梁的应力分布和变形情况。
2.通过对比不同载荷下的应力分布情况，可以判断悬臂梁在不同载荷下的安全性。
3.同时，通过比较不同载荷下的变形情况，可以对悬臂梁的刚度和变形情况进行评估。
4.根据实验结果和分析，可以得出针对不同载荷的悬臂梁，需要采取不同的加固措施，以保证结构的安全性和可靠性。
六、实验改进建议：1.在实验过程中，可以尝试不同载荷组合的组合，以获取更全面的实验结果。
2.为了提高实验的准确性，可以进行多次重复实验，以得到更可靠的数据。
3.在实验分析的过程中，可以增加一些具体的数学模型和计算公式，以方便对实验结果进行更深入的分析。
以上是本次CAE悬臂梁静力分析实验的报告，通过实验我们对悬臂梁在不同载荷下的应力和变形情况有了更深入的了解，并提出了相应的结论和改进建议。
工程机械动力总成橡胶悬置CAE仿真分析
3.1 CAE仿真计算与试验验证 3.1.1 模型建立
本文研究悬置二维模型及结构如图3所示，悬
力/N
14 12 10
8 6 4 2 0
0
b 仿真结果
试验数据 橡胶仿真
2
4
6
8
10
位移/mm
c 仿真与试验对比曲线
图2 橡胶样片仿真
a proe模型
b abaqus网格模型
置橡胶体外部硫化粘接在外套上，并安装在支架 上，内部硫化在内套上，并用螺栓将2个悬置固定 在一起，起支撑作用。
a 仿真模型
图1 试验样件
利用万能材料拉伸试验机对橡胶标准样片 进行单轴拉伸试验。为了确保试验数据精确反映 拉伸过程橡胶应力变化情况，设定试验速度为 10mm/min，采样频率为1Hz，采集橡胶样片窄 平面标距25mm位置在拉伸过程中的应力应变数 据。拉伸试验结束后，应用abaqus软件material模 块对应力应变数据拟合计算，得到橡胶应变本构 模型MOONEY-RIVLIN的性能常数C10=-3.1850、 C01=4.8163。
48 建筑机械 2016.4
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设置和网格划分，在本文中假设橡胶体为超弹性材 料，abaqus中用杂交单元来模拟该材料的非线性行 为。利用六面体单元进行划分，得到8370个单元 数，单元类型为C3D8RH。如图3所示。
（2）轴向刚度仿真。2个橡胶悬置由螺栓连 接安装在支架上。实际工况中，悬置进行轴向运动 时，当向上或者向下运动时，只有1个悬置受力变 形，所以只需要对其中1个悬置建模仿真。由悬置 安装位置可以确定，悬置轴上受到向下作用力，外 套固定在发动机支架上。将悬置简化成只有橡胶体 和外套的模型，橡胶体外套的面固定约束。设置参 考点rp-1，橡胶体固结在内套的面与参考点进行刚 体耦合。设置参考点rp-2，将橡胶体顶部与参考点 连接。在参考点rp-2上施加向下位移，计算参考点 rp-2上的支反力。根据静刚度计算方法计算悬置轴 向刚度。
橡胶产品静刚度曲线
橡胶产品静刚度曲线橡胶产品静刚度曲线导言：本文将深入探讨橡胶产品的静刚度曲线，旨在帮助读者全面理解并灵活应用这一概念。
我们将从简单的概念和基本原理开始，逐步深入，通过实例和案例分析，展示橡胶产品静刚度曲线在实际应用中的重要性与价值。
1. 静刚度曲线的概念与背景橡胶产品的静刚度曲线是指在正常使用条件下，橡胶产品在不同受力状态下的刚度表现。
静刚度曲线反映了橡胶产品在不同形变程度下的应力-应变关系，并通过刚度曲线的形状和特征提供了关于橡胶产品力学性能的指示。
静刚度曲线的重要性在于它能够反映橡胶产品的变形特征和力学行为。
通过分析静刚度曲线，我们能够了解橡胶产品在不同受力条件下的刚度变化情况，进而评估其可靠性、耐久性和适用范围。
静刚度曲线也为橡胶产品的设计和工艺提供了参考依据，有助于优化产品性能和提升生产效率。
2. 静刚度曲线的测定方法静刚度曲线的测定可以通过实验方法或计算方法来获得。
实验方法常用的有拉伸试验、压缩试验和剪切试验等，通过施加不同载荷并测量相应的形变和应力，得到静刚度曲线的数据。
计算方法则利用材料的力学性质参数和统计学方法，通过理论推导或数值模拟的方式，计算得到静刚度曲线的近似值。
在测定静刚度曲线时，需要注意的是选择合适的试验条件和方法，以确保结果的准确性和可靠性。
还要考虑橡胶产品的特性和应用需求，选择适当的试验环境和加载方式，以充分反映实际使用条件下的静刚度特性。
3. 静刚度曲线的形状与解读静刚度曲线的形状与橡胶产品的力学性能密切相关。
在一般情况下，静刚度曲线呈现出如下几种常见形状：(1) 直线型：当橡胶产品的应力与形变呈线性关系时，静刚度曲线可近似为一条直线。
直线型静刚度曲线表明橡胶产品在受力时表现出较为均匀的刚度特征，适用于一些要求严格的应用场合。
(2) S型：在某些特殊情况下，静刚度曲线的形状可能呈现出S型。
这种曲线形状表明橡胶产品在初期较软，随着形变的增加逐渐变硬，最后达到稳定的刚度。
有限元技术在汽车悬架橡胶衬套刚度计算中的应用
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基于CAE分析的优化设计方法及汽车后悬置支架优化设计
基于CAE分析的优化设计方法及变速器后悬置支架优化设计吕兆平（20400117）（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心柳州545007）[摘要] 文章提出了基于CAE分析的优化设计方法，介绍了基于CAE分析优化设计方法的工作流程。
基于此流程对某车型变速器后悬置支架进行了优化设计，改进了后悬置支架的结构，既减少后悬置支架的质量又确保了零件性能。
关键词：CAE 优化设计后悬置支架The Optimized Design Method Base on CAE Analysis and TheOptimized design to The Rear Mount Bracket of TransimissionLv zhaoping(SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd..,Liuzhou 545007 )[Obstract] The article has proposed the optimized design method based on CAE analysis，introduced the workflow based on CAE analysis and optimized design method. Based on this workflow,we has carried on the optimized design to the rear mount bracket of a vehichle transimission and improved the rear mount bracket structure, which reduced the mass of mount bracket and kept the components performance.Keywords: CAE; Optimization design; rear mount bracket前言：传统的产品设计流程是一个人工反复的过程，工程师借助CAD工具进行产品的设计，然后提交到工厂进行加工制造，接着对产品进行实物试验，如果产品不能满足功能要求或者失效，就需要对产品设计进行修改，甚至重新设计，如此反复，直到产品在实物试验中满足全部要求。
橡胶衬套静刚度有限元分析与测试技术的应用现状
第47卷 第9期·56·CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (RUBBER)橡塑技术与装备（橡胶）作者简介：聂振学 (1986-)，男，本科，中级工程师，主要从事橡胶衬套类产品的研发工作。
收稿日期：2021-03-02橡胶衬套作为汽车上极为重要的承载结构原件，对汽车悬架的运动学特性、使用寿命以及汽车整体性能都有着十分重要的影响，要想对这些方面的特性进行精确的分析就必须要对橡胶衬套的力学性能进行深入的分析研究。
橡胶衬套的力学性能包含很多方面，其中橡胶衬套的静刚度是汽车悬架设计的基本参数，其静刚度对于汽车的行驶过程也有着重要的影响。
当汽车承受比较平缓的载荷时，橡胶衬套所产生的相对恒定的刚度就会保证汽车的平稳行驶。
反之，在汽车承受了比较大的冲击载荷时，橡胶衬套变刚度特性会相应的产生较大的刚度，由此来防止汽车出现异常行驶的情况。
静刚度作为橡胶衬套的静态力学性能，对于橡胶衬套的研究有着很大的帮助，本文中即针对橡胶衬套的静刚度，通过有限元的仿真分析以及相关试验结果的对比来较为准确的计算橡胶衬套的刚度值[1]。
1 橡胶衬套试验样件弹性有限元分析对于橡胶衬套的刚度特性分析涉及很多方面，其分析的准确性受到橡胶衬套试样材料的选取、计算方法的选择等诸多方面影响。
常见橡胶衬套所用橡胶以天然橡胶为主，在进行分析之前，一般首先对橡胶材料性能进行测试。
首先对橡胶材料进行拉伸试验，进行拉伸的过程中使用到了拉力试验机，为了保证拉伸试验的准确性，会同时使用夹持器以及引伸计，由此橡胶衬套静刚度有限元分析与测试技术的应用现状聂振学(青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042)摘要：当前我国国民经济飞速发展，随着人们对于出行要求的不断提高，汽车的数量也在快速增加。
橡胶衬套广泛应用于汽车悬架，其能够很好的起到减震的作用，也能够大大提高汽车悬架的使用寿命。
乘用车悬架安装点静刚度分析规范
Q/JLY J711 -2008乘用车悬架安装点静刚度CAE分析规范编制： ______________校对： _______________审核： _______________审定： _______________标准化： _____________批准： _______________浙江吉利汽车研究院有限公司二OO八年九月为了给新车型开发提供设计依据，指导新车设计，评估新车结构性能，结合本企业实际情况，制定本标准。
本规范由浙江吉利汽车研究院有限公司提出。
本规范由浙江吉利汽车研究院有限公司综合技术部负责起草。
本规范主要起草人：汤志鸿。
本规范于2008年9月15日发布并实施。
1范围本标准规泄了乘用车悬架安装点静刚度CAE分析的软硬件设施、输入条件、输岀物、分析方法、分析数据处理及分析报告。
本标准适用于乘用车悬架安装点静刚度CAE分析。
2软硬件设施乘用车悬架安装点静刚度CAE分析，主要包括以下设施：a）软件设施：主要用于求解的软件，采用MSC/NASTRAN：b）硬件设施：高性能计算机。
3输入条件3.1白车身3D几何模型乘用车悬架安装点静刚度CAE分析的白车身3D几何模型，数拯要求如下：a）白车身各个零件的厚度或厚度线：b）白车身几何焊点数据：c）3D CAD数据中无明显的穿透或干涉；d）白车身各个零件的明细表。
3.2白车身有限元模型乘用车悬架安装点静刚度分析的输入条件主要指白车身的有限元模型，一个完整的白车身有限元模型中含内容如下：a）白车身各个零件的网格数据；b）白车身焊点数据；c）各个零件的材料数据：d）各个零件的厚度数据。
4输出物乘用车悬架安装点静刚度分析的输出物为PDF文档格式的分析报告，针对不同的车型统一命名为《车型悬架安装点静刚度分析报告》（“车型”用具体车型代号替代如：车型为GC-1,则分析报告命名为《GC-1 悬架安装点静刚度分析报告》），报告内容的按7规泄的内容编制。
5分析方法5. 1分析模型分析模型包括白车身的有限元模型（不含四门两盖和前、后挡风玻璃），飯金件均采用壳单元模拟。
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CAE技术在橡胶悬置静刚度设计中的应用
橡胶悬置是指动力总成（包括发动机，离合器及变速器）与车架/底盘之间的弹性连接件，不仅可以减少发动机向车架传递的振动，降低整车振动和噪声，改善乘坐舒适性，而且可以喊小路面激励对动力总成的振动破坏，保证动力总成工作安全性，延长其使用寿命。
CAE技术在汽车零部件产品开发中的应用非常广泛，与传统的橡胶悬置设计方法相比，CAE设计不仅可以减少试制开模的次数，缩短产品开发周期，而且可以节约开发成本。
1 产品设计要求
图1所示为要求设计的橡胶悬置原模型结构，橡胶主体的内外表面分别与铸铁内管、外管共硫化。
橡胶主体的主要尺寸包括高度、内径和外径。
产品静刚度(K)性能主要对轴向(K X)和Y向(K Y)有要求，对Z向不作要求，具体数值见表1。
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图1 原悬置模型
表1 橡胶悬置静刚度要求
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2 原模型静刚度的有限元计算
2.1 橡胶主体的网格划分
利用HyperMesh中的spin功能将橡胶主体部分划分成六面体单元，如图2所示。
将划分好的网格导出inp格式文件，提交ABAQUS作进一步分析。
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图2 原悬置橡胶主体的有限元模型
2.2 静刚度有限元计算
在ABAQUS中对有限元模型使用M-R模型描述其超弹性属性，采用邵尔A型硬度为70度的橡胶。
橡胶体内表面与铸铁内管硫化在一起，因此把该表面上所有的节点与所建立的一个参考点（一般取内表面的中心点）通过刚性连接耦合在一起，并以该参考点作为加载点，在加载点施加X方向的位移，通过计算可获得该点的反力。
外表面与铸铁外管硫化在一起，且该外管固定在一个安装孔内，因此，在进行边界条件定义时，可令外表面上所有的节点位移为零。
有限元计算完成后，可以得出X方向的位移及其对应的反力，得到的刚度曲线如图3所示。
经计算K X 为559.3N·mm-1，小于产品该方向的静刚度要求。
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图3 有限元计算原悬置结构X方向刚度曲线
同理，计算出K Y为2111.2N·mm-1，大于产品该方向的静刚度要求。
有限元计算结果表明，原悬置结构静刚度不能满足产品性能要求，需要进行重新设计。
3 产品设计思路
选择综合物理性能较好的邵尔A型硬度为60度的橡胶。
通过对原悬置模型的有限元计算结果分析可知，要满足产品的静刚度要求，需要提高K X、降低K Y。
3.1 悬置内管设计
提高悬置轴向刚度的方案有2个；一是使悬置内管中间部分外凸，如图4(a)所示；二是在悬置内管外围中间焊接一个环形铜板，如图图4(b)所示。
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图4 悬置内管改进设计方案
3.2 橡腔主体的优化设计
运用Hyperworks中的Optistruct模块，在节省材料的前提下，对橡胶主体进行优化设计，基于变密度法的连续体结构拓扑优化方法对其进行优化。
单元相对密度范围为0.01～1。
拓扑优化时，必须先确定设计区间和非设计区间。
设计区间即需要拓扑优化的区域，本设计将橡胶主体作为设计区间。
由于目前Optistruct模块尚不支持超弹性材料，因此将橡胶材料的弹性模量(E)设置得比较小，使之可以产生较大的变形来近似模拟橡胶材料的特性。
设置橡胶材料的E为1000MPa，泊松比为0.2。
在橡胶主体的参考点施加的载荷为6000N，橡胶主体的拓扑优化有限元模型如图5所示。
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图5 拓扑优化有限元模型
利用Optisiruct模块求解器计算后，得出的拓扑优化结果如图6所示。
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图6 拓扑优化结果
将拓扑优化结果通过Optistruct模块提供的OSSmooth工具进行提取，它可将拓扑优化结果以iges格式直接输出，输出后的几何模型如图7所示。
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图7 经OSSmooth提取的几何模型
根据橡胶主体的拓扑优化结果，结合内管的设计方案，在NX中对原模型进行修改，得到初步改进设计模型，如图8所示。
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图8 初步改进设计模型
通过有限元计算，初步改进设计模型的K Y，偏低。
继续对模型进行若干轮的修改和有限元计算验证后，最后根据内管设计方案的不同确定a和b两个模型，分别如图9和10所示，其静刚度有限元计算结果均满足产品要求。
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图9 最终改进模型a
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图10 最终改进模型b
4 验证试验
考虑到内管加工的难易程度及成本因素，最终决定选用模型b进行试制，试样在MTS831型弹性体试验机上进行静刚度测试。
试样静刚度实测值与仿真值的时比如表2所示。
从表2可以看出，该橡胶悬置静刚度的仿真值与实测值相对误差均小于10%，静刚度有限元计算结果满足工程精度要求。
表2 橡胶悬置静刚度的实测值与仿真值对比
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5 结语
在橡胶悬置设计过程中，运用Hyperworks中的Optistruct模块对橡胶主体部分进行拓扑优化设计和静刚度仿真，在节省材料的前提下改进产品静刚度性能。
改进产品静刚度实测值与仿真值较接近，满足产品的设计要求，对橡胶悬置的设计生产有一定的指导意义。