粘彈性懸架組合阻尼結(jié)構(gòu)特性研究.pdf

1、大型工程車輛具有作業(yè)生產(chǎn)率高、單位土（石）方施工成本低的優(yōu)點，然而由于大多數(shù)工程車輛在“非路面”上行駛作業(yè)，凹凸不平的地面對其（特別是履帶式工程車輛）振動沖擊十分劇烈，并且此現(xiàn)象隨機型的增大而更顯突出。因此，如何解決大型工程車輛受振動沖擊劇烈及其引起的諸多問題，已成為我國大馬力、高品質(zhì)工程車輛研發(fā)亟待解決的新課題。而新型粘彈性懸架（下稱“V-E懸架”）在大型工程車輛中的成功應(yīng)用為此問題的解決提供了思路和途徑。雖然國內(nèi)外已有此類懸架的結(jié)構(gòu)

2、形式、設(shè)計方法和動態(tài)性能的報道，但有關(guān)其結(jié)構(gòu)特性的報道較為鮮見。本文針對大型工程車輛緩沖減振所需的V-E懸架組合阻尼結(jié)構(gòu)特性開展了研究，并引入N組合層阻尼結(jié)構(gòu)形式對現(xiàn)有V-E懸架結(jié)構(gòu)的機械、阻尼參數(shù)加以改進。著重探討了V-E懸架組合阻尼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性、“熱蝕”、應(yīng)力—熱耦合失效建模、機械—阻尼參數(shù)一致優(yōu)化和疲勞特性等問題。本文得到國家自然科學(xué)基金等項目的資助。具體研究工作如下:
　　1、研究了組合阻尼結(jié)構(gòu)的承載特性。以常用矩形和圓

3、盤狀組合阻尼結(jié)構(gòu)為例，推演其單組合層和N組合層結(jié)構(gòu)的靜、動態(tài)壓縮剛度方程，獲得其形狀因子對剛度特性的影響規(guī)律;討論了不同炭黑含量、大變形和體積壓縮時剛度值的修正方法;提出了“剛度密度”的概念，研究發(fā)現(xiàn)正方形組合阻尼結(jié)構(gòu)的剛度密度大于圓盤形結(jié)構(gòu);分析了N組合層結(jié)構(gòu)的壓縮穩(wěn)定性，給出了扭曲失穩(wěn)臨界扭曲力和臨界壓縮變形的計算公式。
　　2、開展了V-E懸架組合阻尼結(jié)構(gòu)動態(tài)特性和“熱蝕”建模研究。建立了懸架組合阻尼結(jié)構(gòu)動態(tài)特性及“熱蝕”分

4、析的有限元模型，為應(yīng)力與熱耦合失效分析奠定基礎(chǔ);基于熱流分流和熱流疊加法，推導(dǎo)并驗證了N組合層懸架結(jié)構(gòu)的“熱蝕”解析模型，獲得了便于工程計算的溫度、熱流分布公式。
　　3、針對V-E懸架組合阻尼結(jié)構(gòu)應(yīng)力—熱耦合失效現(xiàn)象，建立了應(yīng)力場—溫度場耦合有限元分析模型;在工程車輛典型工況下，對現(xiàn)有懸架組合阻尼結(jié)構(gòu)進行動態(tài)耦合分析，獲得其應(yīng)力—溫度耦合分布特性，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)設(shè)計的不足并給出了改進建議。
　　4、基于應(yīng)力場—溫度場耦合模型，

5、提出了應(yīng)力—溫度耦合分布“均勻體”的一致優(yōu)化策略，實現(xiàn)了現(xiàn)有V-E懸架和N組合層型懸架機械—阻尼參數(shù)的一致優(yōu)化。研究表明，N組合層阻尼結(jié)構(gòu)相對單組合層阻尼結(jié)構(gòu)具有較大的承載能力和較高的振動耗散率，可用于提高組合阻尼結(jié)構(gòu)的剛度和損耗因子;而采用“均勻體”策略一致優(yōu)化后的應(yīng)力—溫度耦合分布更趨均勻化。例如，本文一致優(yōu)化后的8組合層V-E懸架比現(xiàn)有懸架振動能耗散率增加約87.52％，靜剛度值提高約24.98％，動剛度提高約32.96％，橡膠平

6、均動應(yīng)力下降約26.38％，懸架平均穩(wěn)態(tài)溫度下降約14.33％，懸架穩(wěn)態(tài)溫度分布標(biāo)準(zhǔn)差下降約28.55％，而橡膠動應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差增加僅約7.81％(3Hz切土推土工況)。
　　5、對V-E懸架的疲勞特性開展了研究。給出了V-E懸架疲勞試驗的理論和方法，開展了疲勞試驗研究，獲得其疲勞失效的特征。試驗表明交變應(yīng)力作用下V-E懸架剛度損失、“熱蝕”現(xiàn)象明顯，，此結(jié)果驗證了應(yīng)力—熱失效的耦合特性。
　　綜上所述，本文的研究成果可為我國大