程穩(wěn)正 張志遠(yuǎn) 徐京濤 樓位鵬 劉海峰
(吉利汽車研究院(寧波)有限公司,寧波 315000)
主題詞:橡膠襯套 塊譜 靜剛度 超彈性本構(gòu) 參數(shù)優(yōu)化 疲勞壽命
橡膠襯套的耐久性開發(fā)一直是整車耐久性開發(fā)的難點(diǎn)問題之一。橡膠襯套耐久性仿真預(yù)測(cè)與道路試驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性較差,原因主要體現(xiàn)在2個(gè)方面。一是載荷條件。由于襯套變形的非線性,直接施加路譜載荷時(shí)域信號(hào)求解應(yīng)變歷程,計(jì)算資源消耗巨大,難以實(shí)施,需要將載荷時(shí)域歷程信號(hào)通過損傷等效的方式轉(zhuǎn)換成塊譜信號(hào),在此基礎(chǔ)上進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè),因此,塊譜轉(zhuǎn)換結(jié)果與路譜的關(guān)聯(lián)性直接決定了仿真、塊譜臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果與路譜的關(guān)聯(lián)性。二是本構(gòu)參數(shù)。對(duì)于橡膠襯套壽命預(yù)測(cè),目前有多種疲勞分析理論,如裂紋擴(kuò)展法、裂紋萌生法等[1],但其關(guān)鍵在于用于計(jì)算損傷參量的應(yīng)變的計(jì)算,而這需要橡膠材料的超彈性本構(gòu)參數(shù)作為基礎(chǔ)。描述橡膠材料的超彈性方程類型眾多,如Mooney-Rivlin、Ogden、Yeoh 等[2],各本構(gòu)模型基于一些參數(shù)進(jìn)行描述,獲取這些參數(shù)值,需要進(jìn)行一系列試驗(yàn)[3]。在項(xiàng)目開發(fā)前期,往往只有某種膠料的測(cè)試數(shù)據(jù),或者只有部分試驗(yàn)數(shù)據(jù),無法準(zhǔn)確獲取能描述襯套力學(xué)行為的本構(gòu)參數(shù)。
本文為解決某車型道路試驗(yàn)中扭力梁襯套開裂的問題,基于虛擬試車場(chǎng)仿真道路載荷譜編制扭力梁襯套的三軸塊譜,作為襯套疲勞仿真和臺(tái)架試驗(yàn)的載荷輸入,按Mooney-Rivlin 模型和Yeoh 模型計(jì)算襯套的2 個(gè)徑向(空心、實(shí)心)、軸向剛度,以初始本構(gòu)參數(shù)為輸入,以襯套靜剛度特性曲線為目標(biāo),通過多目標(biāo)優(yōu)化得到能準(zhǔn)確體現(xiàn)襯套宏觀剛度特性的超彈性本構(gòu)參數(shù),以Yeoh 本構(gòu)模型仿真得到襯套在塊譜載荷下的應(yīng)變,通過裂紋擴(kuò)展法預(yù)測(cè)其壽命。
對(duì)于橡膠襯套塊譜轉(zhuǎn)換,陳蘆等研究了橡膠懸置單軸荷譜編制方法[4],蘆勇等研究了副車架襯套多軸道路載荷譜縮減方法[5]。這些方法的主要轉(zhuǎn)換過程為:
a.利用有限元分析或者基于襯套剛度特性曲線將路譜載荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為位移信號(hào);
b.選取關(guān)鍵通道分別進(jìn)行有限元分析,通過多項(xiàng)式擬合得到關(guān)鍵通道各自的應(yīng)變與位移關(guān)系表達(dá)式,并將位移信號(hào)歷程轉(zhuǎn)換為應(yīng)變信號(hào)歷程;
c.對(duì)應(yīng)變信號(hào)歷程進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)得到損傷矩陣,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)變塊譜轉(zhuǎn)換;
d.將應(yīng)變塊譜轉(zhuǎn)換結(jié)果反推至力載荷,形成力載荷塊譜。
本文在該方法的基礎(chǔ)上,提出采用工程等效應(yīng)變代替步驟b 中的應(yīng)變-位移關(guān)系擬合,可以更好地考慮各通道載荷之間的耦合效應(yīng)。本文采用的虛擬試車場(chǎng)(Virtual Proving Ground,VPG)仿真路譜,包含了各通道的力和位移信號(hào),省去步驟a,提出基于工程等效應(yīng)變進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)得到損傷矩陣的方法代替步驟b、c 中的方法,可以綜合考慮各通道的耦合作用。
扭力梁橡膠襯套VPG道路載荷通道包括力-力矩、位移-角度總計(jì)12 個(gè)通道,共計(jì)35 條路面載荷數(shù)據(jù)。每條路面數(shù)據(jù)去除連接路面,考慮載荷循環(huán)后,整個(gè)載荷歷程總時(shí)長約為140 h,各路面單個(gè)循環(huán)串聯(lián)后的載荷譜如圖1所示。臺(tái)架驗(yàn)證如以路譜形式復(fù)現(xiàn),在夾具設(shè)計(jì)、加載方法上均難以實(shí)現(xiàn),且試驗(yàn)周期長。工程實(shí)踐中運(yùn)用塊譜轉(zhuǎn)換技術(shù),如圖2 所示,將該試驗(yàn)過程盡可能減化、壓縮,同時(shí)需保證相位、頻率與路譜載荷保持一致。
圖1 通道載荷歷程
圖2 襯套塊譜轉(zhuǎn)換過程
扭力梁襯套路譜載荷包含12 個(gè)通道,載荷轉(zhuǎn)換方法的選取需要考慮襯套實(shí)際受力情況:扭力梁襯套運(yùn)動(dòng)過程中襯套扭轉(zhuǎn)角度由懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)決定,因此襯套扭轉(zhuǎn)角度與襯套自身扭轉(zhuǎn)剛度基本無關(guān),扭轉(zhuǎn)情況宜選用角度而非力矩;同樣的情況下,對(duì)于力-位移這一對(duì)載荷,襯套剛度不同,應(yīng)對(duì)外部沖擊反映出的位移變化差異顯著,應(yīng)該使用力而非位移。
載荷轉(zhuǎn)換類型選定力-角度,總計(jì)6向載荷,而試驗(yàn)設(shè)備最多能夠?qū)崿F(xiàn)3向載荷同時(shí)加載。因此,需進(jìn)一步從6 向通道中選取損傷最大的通道轉(zhuǎn)換塊譜。常規(guī)做法是通過計(jì)算偽損傷或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷,該方法存在以下缺陷:不同類型載荷不能直接進(jìn)行對(duì)比;實(shí)際損傷與偽損傷之間存在不確定性,應(yīng)力/應(yīng)變?cè)诟飨蜉d荷同量、同性時(shí),才具備可比性;丟棄的通道的影響無法量化,更不能進(jìn)行量化修正。
因此本文提出工程等效應(yīng)變來解決此類問題,工程等效應(yīng)變即襯套的名義應(yīng)變E,結(jié)合襯套的實(shí)際結(jié)構(gòu)、危險(xiǎn)點(diǎn)、位移等計(jì)算,用以衡量各通道載荷的影響,其表達(dá)式為:
式中,R、r分別為橡膠層的外徑和內(nèi)徑;Dx、Dy、Dz分別為襯套在x、y、z方向的平動(dòng)位移;Rx、Ry、Rz分別為襯套繞x、y、z軸的旋轉(zhuǎn)角度;L為襯套的軸向長度。
對(duì)于襯套危險(xiǎn)點(diǎn),通過空間位置、幾何位置關(guān)系計(jì)算其等效總應(yīng)變,同時(shí)使用該方法計(jì)算得到任一通道等效應(yīng)變。以此為基礎(chǔ),可量化不同載荷的具體影響,篩選試驗(yàn)加載通道,量化去除通道載荷對(duì)橡膠襯套的影響,塊譜載荷可根據(jù)該量化值適當(dāng)縮放選取的通道載荷以補(bǔ)償該影響。
根據(jù)工程等效應(yīng)變的計(jì)算結(jié)果,選擇用于塊譜轉(zhuǎn)換的通道為整車x向、y向載荷和扭轉(zhuǎn)載荷。
根據(jù)工程等效應(yīng)變,求解各試驗(yàn)路面、各硬點(diǎn)對(duì)應(yīng)通道載荷的偽損傷、載荷范圍,根據(jù)各路面各載荷通道的損傷占比(路面損傷與所有路面損傷和的比值)、載荷范圍比(路面載荷范圍與所有路面最大載荷范圍的比值),去除個(gè)別通道路面損傷占比較小、載荷范圍比也小的7條路面數(shù)據(jù)。對(duì)于保留的28條路面數(shù)據(jù),按縱向力Fx、側(cè)向力Fy和扭轉(zhuǎn)角度Ry的損傷分布、載荷范圍情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì),通過排列組合,得到單軸(1個(gè)載荷通道)、雙軸(2 個(gè)載荷通道同時(shí)輸入)和三軸(3 個(gè)載荷通道同時(shí)輸入)工況,各工況路面數(shù)量如表1所示,同一種工況的路面,只需對(duì)關(guān)注的通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
表1 工況組合
基于轉(zhuǎn)換通道、等效總應(yīng)變結(jié)果,對(duì)相應(yīng)通道載荷進(jìn)行塊譜轉(zhuǎn)換,目標(biāo)為等效總應(yīng)變雨流特征(程對(duì)(Range Pair)計(jì)數(shù)、穿級(jí)(Level Crossing)計(jì)數(shù)等),提取對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換通道載荷并在此基礎(chǔ)上補(bǔ)償去除通道的影響,根據(jù)載荷特征整理形成襯套臺(tái)架試驗(yàn)載荷塊譜。圖3所示為轉(zhuǎn)換完成的塊譜等效總應(yīng)變與路譜的穿級(jí)計(jì)數(shù)比較,可以看出,塊譜與路譜基本等效,認(rèn)為該塊譜轉(zhuǎn)換結(jié)果與路譜載荷接近,可用于襯套的臺(tái)架試驗(yàn)及仿真計(jì)算。
圖3 等效總應(yīng)變對(duì)比
橡膠襯套對(duì)載荷頻率比較敏感,采用不同的加載頻率會(huì)得到不一樣的試驗(yàn)結(jié)果,為了保證臺(tái)架試驗(yàn)與VPG仿真結(jié)果盡可能一致,需要計(jì)算塊譜加載頻率。試驗(yàn)加載頻率相對(duì)固定,可以通過計(jì)算載荷-頻率分布區(qū)間來確定塊譜載荷加載頻率,臺(tái)架試驗(yàn)可以分別按2 Hz、4 Hz、5 Hz進(jìn)行加載。
針對(duì)基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的橡膠超彈性本構(gòu)類型選擇和參數(shù)識(shí)別,眾多學(xué)者進(jìn)行了研究,并指出了各種模型的適用范圍[6-7]。當(dāng)沒有測(cè)試數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)不全時(shí):文獻(xiàn)[8]通過以主受力方向線性剛度為基準(zhǔn)對(duì)第三方向剛度進(jìn)行檢驗(yàn),并不斷迭代的方式優(yōu)化本構(gòu)參數(shù);文獻(xiàn)[9]、文獻(xiàn)[10]利用襯套剛度曲線,設(shè)定力-位移曲線面積、固定點(diǎn)取值為優(yōu)化目標(biāo),結(jié)合有限元方法獲取較優(yōu)本構(gòu)參數(shù)。本文采取剛度曲線逼近的方式優(yōu)化本構(gòu)參數(shù),即在2 個(gè)徑向和軸向共3 個(gè)剛度曲線上分別取6 個(gè)逼近點(diǎn),以目標(biāo)曲線與仿真曲線差值最小為目標(biāo),通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)(Design of Experiment,DOE)識(shí)別能描述襯套宏觀剛度特性的本構(gòu)參數(shù),為后續(xù)壽命預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ),流程如圖4所示。
圖4 襯套壽命預(yù)測(cè)流程
對(duì)于密實(shí)橡膠材料,基于唯現(xiàn)象論的模型,不考慮微觀結(jié)構(gòu),建立數(shù)學(xué)框架來表征其宏觀上觀察到的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,主要模型有Reduced Polynomia、Neo-Hookean、Mooney-Rivlin、Ogden、Yeoh 等。文獻(xiàn)[6]、文獻(xiàn)[7]中提到采用Mooney-Rivlin、Yeoh 模型,在宏觀上能較為精確地表征橡膠襯套剛度,本文以這2種模型為基礎(chǔ),進(jìn)行參數(shù)識(shí)別與優(yōu)化。
Mooney-Rivlin模型為[7]:
式中,U為應(yīng)變勢(shì)能;C10、C01、D1為材料常數(shù);、分別為第1、第2階應(yīng)變不變量;Jel為彈性體積比。
Yeoh模型為3階多項(xiàng)式縮減模型[7]:
式中,Ci0、Di為材料常數(shù)。
文獻(xiàn)[11]中提到,C10代表小應(yīng)變下的初始剪切模量,負(fù)值的C20體現(xiàn)中應(yīng)變下的軟化過程,C30控制大應(yīng)變下的曲線上揚(yáng),可以較好地捕捉橡膠材料的剛化效應(yīng),當(dāng)Di=0,且Jel=1時(shí),實(shí)現(xiàn)材料完全不可壓縮。
基于以往材料測(cè)試數(shù)據(jù),定義2個(gè)模型的初始參數(shù)分別如表2、表3所示。
表2 Mooney-Rivlin模型初始參數(shù)
表3 Yeoh模型初始參數(shù)
采用六面體實(shí)體單元建模,橡膠層與金屬層的硫化粘結(jié)采用共節(jié)點(diǎn)或者定義綁定(Tie)接觸的方式模擬,橡膠內(nèi)部空隙建立自接觸。根據(jù)橡膠襯套剛度測(cè)試方法建立邊界條件,約束施加在襯套內(nèi)套管,襯套外管建立剛性多點(diǎn)約束單元,載荷施加在剛性單元主點(diǎn)。扭力梁襯套的有限元模型如圖5所示。
圖5 靜剛度分析有限元模型
應(yīng)用表2、表3 中的初始本構(gòu)參數(shù)對(duì)橡膠襯套進(jìn)行靜剛度分析,分別計(jì)算襯套的各向剛度,載荷位移曲線如圖6 所示,可以看出,采用初始參數(shù)計(jì)算的襯套剛度較試驗(yàn)值低,初始本構(gòu)參數(shù)不能描述襯套的剛度特性。
圖6 初始參數(shù)仿真與試驗(yàn)對(duì)比
試驗(yàn)與仿真剛度結(jié)果存在差異的主要原因包括:材料模型不準(zhǔn)確;工藝因素導(dǎo)致的幾何差距;有限元簡化造成的差異,如網(wǎng)格劃分、邊界條件簡化等。顯然,材料模型不準(zhǔn)確是主要原因。
雖然基于初始本構(gòu)參數(shù)的有限元仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果存在偏差,但是可以利用計(jì)算得到的剛度特性與測(cè)試結(jié)果的差異,通過曲線對(duì)比,設(shè)定優(yōu)化目標(biāo),并通過迭代求解對(duì)本構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化過程如圖7所示。
圖7 超彈性本構(gòu)參數(shù)優(yōu)化流程
Mooney-Rivlin 模型具有雙剪參數(shù),對(duì)于中等程度的應(yīng)變有較好的貼合效果,存在C10、C01、D13 個(gè)優(yōu)化參數(shù),對(duì)于橡膠材料,定義D1=0 表示不可壓縮,因此優(yōu)化變量為2個(gè)。Yeoh模型以C10、C20、C30為優(yōu)化變量。
采用優(yōu)化拉丁方進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì),為提高計(jì)算效率,采用構(gòu)造響應(yīng)面近似模型的方法求解。響應(yīng)面模型方差一般要求大于0.9,本文的響應(yīng)面近似模型方差為0.995,滿足誤差要求,可在近似模型的基礎(chǔ)上優(yōu)化超彈性本構(gòu)參數(shù)。
通過優(yōu)化參數(shù)的全局效應(yīng)圖,觀察優(yōu)化參數(shù)對(duì)剛度的貢獻(xiàn)程度,例如對(duì)剛度曲線線性段的貢獻(xiàn)度大小依次為C10>C20>C30,結(jié)合仿真初始剛度與目標(biāo)剛度的差距,確定優(yōu)化變量取值范圍如表4、表5所示。
表4 Mooney-Rivlin模型變量取值范圍
表5 Yeoh模型變量取值范圍
在初始仿真參數(shù)計(jì)算得到的剛度曲線上取若干點(diǎn)來構(gòu)造優(yōu)化目標(biāo),如圖8所示,其中一個(gè)方向剛度選取6個(gè)采樣點(diǎn)逼近,其他2個(gè)方向剛度曲線采樣點(diǎn)選取方法一致,進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,以采樣點(diǎn)仿真支反力與試驗(yàn)載荷差值之和最小為目標(biāo),根據(jù)變量范圍進(jìn)行迭代求解,收斂過程如圖9所示。
圖8 剛度曲線逼近采樣點(diǎn)
圖9 優(yōu)化迭代歷程曲線
經(jīng)過228 次迭代,求得最優(yōu)的超彈性參數(shù),結(jié)果如表6、表7所示。
表6 Mooney-Rivlin模型優(yōu)化參數(shù)
表7 Yeoh模型優(yōu)化參數(shù)
利用優(yōu)化識(shí)別的參數(shù)重新計(jì)算橡膠襯套剛度,Mooney-Rivlin、Yeoh本構(gòu)模型空心徑向、實(shí)心徑向和軸向剛度優(yōu)化的結(jié)果分別如圖10、圖11所示。從圖10、圖11 中可以看出,基于優(yōu)化的本構(gòu)參數(shù)計(jì)算出的仿真剛度曲線更趨近實(shí)測(cè)剛度曲線,優(yōu)化后的本構(gòu)參數(shù)能描述襯套的宏觀剛度特性。
圖10 Mooney-Rivlin模型優(yōu)化結(jié)果
圖11 Yeoh模型優(yōu)化結(jié)果
需要指出的是,多目標(biāo)優(yōu)化并不總是能求解出優(yōu)化解,影響因素主要有:
a.剛度大小趨勢(shì)。當(dāng)初始參數(shù)計(jì)算出的剛度與試驗(yàn)結(jié)果相比,在多個(gè)方向上表現(xiàn)為同步大或者小的情況時(shí),比較容易優(yōu)化出本構(gòu)參數(shù),但若某些方向剛度比試驗(yàn)結(jié)果大,而其余方向剛度比試驗(yàn)結(jié)果小,則很難優(yōu)化出結(jié)果。
b.曲線形狀。當(dāng)初始參數(shù)計(jì)算出的剛度曲線與測(cè)試曲線形狀相似、曲率相當(dāng)時(shí),較容易求出優(yōu)化解,相反,如仿真剛度曲線初始線性段與試驗(yàn)曲線接近,而非線性段斜率較試驗(yàn)曲線大,則很難求得較優(yōu)結(jié)果。
因此,要結(jié)合多種本構(gòu)模型,利用初始參數(shù),分別計(jì)算襯套的剛度特性,并根據(jù)以上2 點(diǎn)因素合理選擇本構(gòu)方程模型。本文算例應(yīng)力應(yīng)變分析有限元模型采用Yeoh 模型,由于其較好的非線性段表現(xiàn),更適合求解大載荷問題,另外,其三段式參數(shù)能夠更加靈活地控制剛度。
通過前文的工作,可以獲得方便仿真分析的塊譜載荷和襯套超彈性本構(gòu)參數(shù),進(jìn)而求得塊譜載荷作用下的應(yīng)變,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行扭力梁襯套的壽命預(yù)測(cè)。
根據(jù)路譜轉(zhuǎn)化的塊譜搭建三軸臺(tái)架試驗(yàn),如圖12所示,整車x向載荷和y向載荷通過液壓缸施加于襯套外套管,扭轉(zhuǎn)角施加在襯套內(nèi)套管,為了模擬實(shí)車行駛過程中襯套側(cè)限位塊與車身連接支架之間的撞擊狀態(tài),試驗(yàn)夾具在襯套內(nèi)套管上剛性連接了一個(gè)限位支架。
圖12 橡膠襯套三軸臺(tái)架試驗(yàn)
試驗(yàn)結(jié)束后發(fā)現(xiàn)襯套開裂,裂紋源為十字形襯套主筋拐角處,從結(jié)構(gòu)上看,主筋為主要承載結(jié)構(gòu),該位置在承受擠壓和扭轉(zhuǎn)載荷時(shí)為優(yōu)先破壞位置,試驗(yàn)循環(huán)14萬次后開裂,如圖13所示。
圖13 橡膠襯套開裂位置
參考臺(tái)架試驗(yàn)邊界條件建立有限元模型,如圖14所示,襯套內(nèi)套管和限位塊定義為一個(gè)剛體,剛體控制點(diǎn)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)中心與套管軸線交點(diǎn),x向載荷、y向載荷及繞y軸轉(zhuǎn)角載荷均施加在剛體控制點(diǎn)上,約束施加在襯套外套管。
圖14 橡膠襯套三軸臺(tái)架仿真模型
疲勞壽命計(jì)算采用裂紋擴(kuò)展法,橡膠材料損傷與幅值循環(huán)次數(shù)之間為非線性關(guān)系,以斷裂力學(xué)理論表征為裂紋驅(qū)動(dòng)力(撕裂能)和裂紋擴(kuò)展速率之間的關(guān)系[12-15],如圖15所示。曲線描述了一個(gè)典型的裂紋驅(qū)動(dòng)力與裂紋擴(kuò)展率的關(guān)系模型,主要參數(shù)包括線性段斜率F、線性段與非線性段的過度點(diǎn)Tt、臨界裂紋驅(qū)動(dòng)力Tc和臨界裂紋擴(kuò)展率rc,當(dāng)裂紋驅(qū)動(dòng)力大于閾值T0時(shí),開始產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展。壽命仿真設(shè)置初始裂紋值為0.1 mm,破壞裂紋尺寸設(shè)置為1.0 mm。
圖15 Lake-Lindley裂紋擴(kuò)展模型
計(jì)算各塊譜的應(yīng)力與應(yīng)變時(shí)間步信息,疊加轉(zhuǎn)化的循環(huán)次數(shù),計(jì)算塊譜載荷作用下橡膠襯套疲勞壽命,考慮載荷、材料、工藝等的離散性,疲勞損傷(Damage)目標(biāo)設(shè)定為小于0.5。損傷分布如圖16所示,最大損傷為0.634,不滿足目標(biāo)要求,最危險(xiǎn)位置為主筋拐角處,與臺(tái)架試驗(yàn)破壞位置一致。
圖16 橡膠襯套疲勞壽命計(jì)算結(jié)果
分析失效原因,主筋在襯套承載時(shí)起關(guān)鍵作用,故采用加寬主筋的方法進(jìn)行優(yōu)化,將主筋寬度由15.0 mm提高為18.5 mm,此優(yōu)化產(chǎn)生的附帶效應(yīng)為徑向剛度提升了23%,軸向剛度提升了12%。主筋加粗方案損傷值為0.221,如圖17所示,疲勞損傷達(dá)到目標(biāo)要求,壽命提高到約3倍。
圖17 橡膠襯套優(yōu)化方案疲勞壽命計(jì)算結(jié)果
對(duì)優(yōu)化后的橡膠襯套結(jié)構(gòu)疲勞壽命進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證,主筋加粗后臺(tái)架試驗(yàn)壽命達(dá)到32萬次,驗(yàn)證了疲勞壽命分析趨勢(shì)的正確性,試驗(yàn)后的橡膠襯套如圖18所示,滿足試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)要求。
圖18 橡膠襯套優(yōu)化方案臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果
本文以扭力梁襯套為研究對(duì)象,探討了襯套壽命預(yù)測(cè)中塊譜轉(zhuǎn)換和超彈性本構(gòu)參數(shù)識(shí)別這2個(gè)關(guān)鍵問題,并對(duì)橡膠襯套的壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè),危險(xiǎn)點(diǎn)位置與臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,并進(jìn)行了方案改進(jìn),得到以下結(jié)論:
a.考慮到三軸耦合,載荷幅值、相位關(guān)系能覆蓋原始路譜,襯套載荷譜轉(zhuǎn)換方法可以用于橡膠襯套的壽命預(yù)測(cè)分析及臺(tái)架疲勞試驗(yàn);
b.在沒有實(shí)際材料測(cè)試結(jié)果的情況下,利用已有的初始本構(gòu)參數(shù),結(jié)合有限元方法、參數(shù)優(yōu)化方法,可以識(shí)別出能夠較好模擬橡膠襯套靜剛度特性的超彈性本構(gòu)參數(shù),以保證應(yīng)變計(jì)算結(jié)果的有效性。
本文建立的基于路譜隨機(jī)信號(hào)載荷的橡膠襯套壽命預(yù)測(cè)方法,系統(tǒng)地包含了橡膠襯套的載荷譜編制、超彈性本構(gòu)參數(shù)識(shí)別、襯套壽命預(yù)測(cè),為橡膠襯套耐久性問題解決提供了完整的方案,尤其是對(duì)于橡膠襯套超彈性本構(gòu)參數(shù)的識(shí)別,可省略材料測(cè)試環(huán)節(jié),簡化了優(yōu)化過程。