負泊松比結(jié)構(gòu)汽車懸架緩沖塊的力學性能研究與優(yōu)化設計.pdf

1、微孔聚氨酯彈性體汽車懸架緩沖塊具有較好的吸能效率，與螺旋彈簧和減振器相結(jié)合構(gòu)成汽車的減振系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生總體的“漸進性”彈性，可以明顯提高整車的平順性。但是受到傳統(tǒng)聚氨酯緩沖塊的結(jié)構(gòu)限制，緩沖塊的載荷－位移曲線難以達到最為理想的區(qū)域，因此整車的平順性還有進一步提高的空間。
　　為提升整車的NVH性能，創(chuàng)新性地將負泊松比結(jié)構(gòu)應用于汽車懸架緩沖塊。通過有限元數(shù)值分析與實驗測試等手段，對傳統(tǒng)聚氨酯緩沖塊和負泊松比緩沖塊的力學性能進行研究，

2、分析結(jié)構(gòu)參數(shù)對負泊松比緩沖塊力學性能的影響，運用虛擬樣機技術進行緩沖塊的評價，并以經(jīng)過凸臺障礙物時的加速度峰值最小作為目標進行參數(shù)優(yōu)化。本學位論文的主要工作和研究成果包括以下幾個方面:
　　(1)提出了一種用于自結(jié)皮聚氨酯材料的有限元分析的分層計算方法，應用泡沫模型對聚氨酯材料內(nèi)部區(qū)域進行建模，并分別按照一定的比例系數(shù)設定表皮層和過渡層的材料應力－應變曲線為內(nèi)部區(qū)域聚氨酯材料的倍數(shù)，分析結(jié)果表明該分層計算方法在中等應變范圍以內(nèi)具有

3、一定的準確性。
　　(2)建立了二維雙箭狀負泊松比結(jié)構(gòu)單元的理論解析模型，得到了結(jié)構(gòu)單元的等效楊氏模量和等效泊松比與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的數(shù)學關系式，確定了結(jié)構(gòu)發(fā)生彈性屈曲或塑性塌陷的條件，基于二維雙箭狀負泊松比結(jié)構(gòu)設計出了一種負泊松比懸架緩沖塊。
　　(3)提出了一種基于Matlab程序與Abaqus二次開發(fā)技術的負泊松比緩沖塊參數(shù)化建模與分析方法，開發(fā)了負泊松比緩沖塊的參數(shù)化建模與分析軟件，能夠顯著提高計算效率。針對負泊松比懸架

4、緩沖塊樣件進行了有限元顯式計算，其剛度在小位移區(qū)域時幾乎為線性，在中等位移時緩沖塊停止收縮并開始膨脹，而載荷-位移曲線的斜率則逐漸增大。研制了負泊松比緩沖塊樣件，進行了單軸壓縮實驗，結(jié)果表明數(shù)值計算與實驗結(jié)果較為吻合。在滯彈性方面，負泊松比緩沖塊樣件在整個變形過程中吸收了49.3％的壓縮能量。與傳統(tǒng)緩沖塊相比，負泊松比緩沖塊的載荷－位移曲線在小位移區(qū)域線性度較高，在中等位移區(qū)域具有較平滑的過渡區(qū)域，并且過渡區(qū)域向右移動，有利于提升整車的

5、NVH性能。
　　(4)研究了單元數(shù)、層數(shù)、層高、層厚和材料楊氏模量等參數(shù)對負泊松比緩沖塊力學性能的影響，提出了以理想曲線為目標的負泊松比緩沖塊主要參數(shù)的優(yōu)化方法，通過單元數(shù)與層數(shù)的調(diào)整，優(yōu)化載荷－位移曲線的過渡區(qū)域，調(diào)整層高、層厚與材料等效楊氏模量優(yōu)化負泊松比緩沖塊的剛度。
　　(5)提出了脈沖試驗評價緩沖塊性能的方法?；贏dams/Car建立了懸架系統(tǒng)及整車虛擬樣機，懸架系統(tǒng)的力學分析結(jié)果表明負泊松比緩沖塊在間隙參數(shù)受

6、到其它設計指標限制時，能夠?qū)崿F(xiàn)較為理想的懸架剛度曲線?；谡囂摂M樣機，進行了整車駛過凸臺路面和凹坑路面的平順性分析，得出應用負泊松比緩沖塊，各種車速下駛過凸臺路面和凹坑路面的加速度峰值均有一定的降低，提高了整車的平順性。
　　(6)提出了以整車駛過凸臺障礙物時的加速度峰值最小作為目標進行負泊松比緩沖塊的參數(shù)優(yōu)化方法，建立了加速度峰值的高斯過程代理模型，使用了GA-SQP混合算法進行優(yōu)化計算。GA-SQP混合算法使得優(yōu)化過程在經(jīng)過