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空气弹簧的强度分析

发布于:2016-02-11 21:12
强度分析

      空气弹簧是一种性能优良的隔振元件,因其具有极低的固有频率、良好的阻尼性能和高频隔振隔声性能等优点而广泛地运用于动力机械的减振降噪。由于要承受较大的载荷,空气弹簧的囊内气压一般很大,表压可达1MPa以上。空气弹簧囊体材料一般采用以一定角度铺设的多层帘线橡胶,帘线橡胶是一种是以橡胶为基体相,帘线为增强相的复合材料,能够承受很大的载荷,当气压较高时,采用多层帘线橡胶反对称铺设,以满足强度要求。空气弹簧的强度分析是通过有限元方法计算层合帘线橡胶的应变,进而计算出单层帘线橡胶的应力状态,然后应用强度理论判断材料是否达到受力极限来进行的。
      按图建立帘线橡胶坐标轴,假设单层帘线橡胶法线方向h的有关应力分量与LT面内应力分量相比很小,可以忽略不计。这样,对单层帘线橡胶的分析简化为二维广义平面应力问题,得到单层帘线橡胶的应力-应变关系为:在平面应力状态下,单层材料有5个基本强度:纵向拉伸强度FLt,纵向压缩强度FLc,横向拉伸强度FTt,横向压缩强度FTc,纵横向剪切强度FLT。对帘线橡胶材料,判断其失效的强度理论比较适用的是Hoffman准则,该理论将各向同性材料的米西斯(Mises)屈服条件推广到正交各向异性体,并且适用于材料的拉伸、压缩强度不相等的情况,这正符合帘线橡胶的特性。
      空气弹簧的囊体是各向异性壳体,由于存在边界条件、载荷的复杂性等困难,用经典的壳体理论很难求得其解析解。因此,采用有限元方法进行囊体受力分析是一种更为简便可行的方法,而且,多数有限元App都提供层合材料单元。利用有限元分析得到的囊体应变的数值结果,可以计算各层应力,从而进行强度计算,将空气弹簧的壳体视为正交各向异性薄壳,采用壳单元进行分析.分析中主要考虑两个问题:层合帘线橡胶材料的模拟和非线性因素,对于复合材料主方向工程常数的计算常采用哈尔平蔡方程。但是,利用这个方程求剪切模量和泊松比时要求知道基体相和增强相材料的剪切模量和泊松比,而帘线材料的这两个参数是很难用实验得到,并且,帘线是以加拈的形式与橡胶结合的,这使得其力学参数的计算与测试更加复杂。文献指出用有限元方法分析帘线橡胶材料的主要困难在于力学参数的测试与计算,并就这些参数的计算与测试提出了一些见解。根据帘线橡胶的特点,综合方程以及文献判断材料失效的强度理论中的一些方法,对帘线橡胶的力学参数计算采取如下形式E.f.Em分别为帘线和橡胶的弹性模量,价为帘线的体积分数,Gm为橡胶的剪切模量,Uf..Um分别为帘线和橡胶的泊松比。
      在有限元分析Appi-deas中,有专用模块laminates建立复合材料的材料属性,其方法是首先按上述计算结果生成正交各向异性单层材料属性,然后按照一定的交角及铺层规则铺设各单层材料生成层合材料,再将材料运用到有限元模型中。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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