一种提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法，包括有限元建模；橡胶材料本构参数标定；施加螺栓预紧载荷，将盖板压连接到副车架局部结构，同时将盖板与橡胶衬套压装到一起；进行外载疲劳工况的模拟计算，副车架局部结构约束，稳定杆两端加相对位移，求解得到两个应力场结果；导入两个应力场结果，完成两个应力场间等幅疲劳耐久损伤值计算。本发明专利技术通过建立橡胶衬套与稳定杆及盖板的接触约束，保证载荷传递准确；通过螺栓预紧及接触约束初始过盈量设定模拟装配过程；以真实橡胶衬套模型代替虚拟橡胶衬套，解决了衬套刚度测试数据不满足有限元仿真要求的问题；通过以上措施，解决了稳定杆系统仿真过程的三个难点问题，提高了仿真精度。高了仿真精度。高了仿真精度。

【技术实现步骤摘要】
一种提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法


[0001]本专利技术属于横向稳定杆系统
，具体涉及一种提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法。

技术介绍

[0002]横向稳定杆系统用于防止车身在转弯时发生过大的横向侧倾，以保证车辆的稳定性及平顺性。稳定杆系统中，稳定杆的两端通过连杆连接在控制臂或减震器支座上，中间平直段有左右两点通过衬套连接在副车架上，衬套为内置的橡胶件，稳定杆与稳定杆衬套之间涂覆胶粘剂并硫化成一体，避免使用过程中产生磨损及异响。当汽车在转弯时，由于离心力的作用会造成车身的侧倾，导致弯内轮悬挂拉伸，弯外轮悬挂压缩，造成稳定杆杆身扭转，产生很大的扭力。一辆汽车全生命周期稳定杆大概会扭转30万次，因此设计时要保证稳定杆满足扭转30万次的疲劳寿命，同时不能超出目标值太多，否则属于过设计，造成材料浪费及成本增加。
[0003]横向稳定杆系统的疲劳耐久性能是车辆开发的重要性能指标。现阶段预测稳定杆疲劳寿命的方法有两种，一种是通过台架试验，一种是通过有限元仿真计算。前者精度高，但是成本及周期较长；后者成本低且周期短，但仿真方法的差别决定了仿真精度会有很大不同。现有稳定杆系统有限元建模有三个难点：一是衬套装配模拟，需要考虑衬套的过盈装配应力，装配过程对稳定杆盖板强度影响较大；二是衬套位置连接关系的模拟，需要考虑衬套与稳定杆及盖板的接触，保证局部载荷传递的准确；三是衬套刚度数据不满足有限元仿真需求，一般衬套刚度测试数据非线性区间较短，存在收敛性差的问题。
[0004]目前，稳定杆系统仿真时，橡胶衬套位置采用虚拟衬套单元连接，衬套一端通过rb3单元连接在稳定杆上，另一端通过rb3单元连接在稳定杆盖板上，再赋予衬套各向刚度以模拟真实衬套，载荷通过rb3传递时，每个连接点载荷传递遵循一定的权重系数，权重系数很难确定，所以载荷在局部传递不准确。此种方法无法评价稳定杆连接位置，而从以往经验来看，失效位置往往集中在衬套连接位置，仿真精度较低。同时，该方法无法考虑衬套的过盈装配过程，装配应力不能代入计算，进一步降低了仿真精度。基于此，急需研发一种能够有效提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就在于提供一种提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法，基于真实系统建模，同时考虑装配工艺影响，以解决现有稳定杆系统有限元疲劳仿真精度较低的问题。该方法能提高仿真精度，节省开发成本。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法，包括以下步骤：
[0008]A、有限元建模
[0009]A1、依次对稳定杆系统零件画分网格，所述稳定杆系统零件由稳定杆、多根橡胶衬
套、多个稳定杆盖板及多个螺栓组成；
[0010]A2、建立材料属性；
[0011]A3、赋予单元属性，所有结构均使用实体单元；
[0012]A4、模型装配；
[0013]A5、建立约束及载荷工况；B、橡胶材料本构参数标定由橡胶硬度计算橡胶初始本构参数，再通过参数优化手段标定真实的橡胶本构参数；
[0014]C、装配过程模拟
[0015]施加螺栓预紧载荷，将盖板压连接到副车架局部结构，同时将盖板与橡胶衬套压装到一起；
[0016]D、耐久工况计算
[0017]在步骤C基础上，进行外载疲劳工况的模拟计算，副车架局部结构约束，稳定杆两端加一定的相对位移，求解得到两个应力场结果；
[0018]E、耐久损伤值计算
[0019]导入步骤D计算的两个应力场结果，完成两个应力场间等幅疲劳耐久损伤值计算。
[0020]进一步地，步骤A1，所述橡胶衬套和稳定杆盖板均为2个，螺栓为4个。
[0021]进一步地，步骤A1，所述橡胶衬套画分为六面体网格，保证长宽比大于等于5，其他零部件网格画分为二阶四面体网格。
[0022]进一步地，步骤A2，具体为：橡胶本体结构材料采用二项Mooney
‑
Rivlin模型，即公式(1)，通过材料本构参数经验公式(2)
‑
公式(4)输入橡胶硬度计算出橡胶本构参数C
10
及C
01
的初始值，并赋予材料密度；
[0023]W＝C
10
(I1‑
3)+C
01
(I2‑
3)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0024]lgE0＝0.0184H
r
‑
0.4575
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0025]G＝E0/3＝2(C
10
+C
01
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0026]C
01
/C
10
＝0.05
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0027]其中，C
10
，C
01
为材料常数；E0为橡胶的弹性模量，H
r
为橡胶的洛氏硬度，G为剪切模量。
[0028]进一步地，步骤A4，具体为：以刚性单元连接稳定杆两端螺栓孔，主点为螺栓孔中心点；衬套与稳定杆做tie约束，衬套与盖板、螺栓与盖板、盖板与副车架局部结构建立接触约束，其中衬套与盖板结构存在初始穿透量，穿透量大小即为过盈量大小。
[0029]进一步地，步骤A5，具体为：约束副车架局部结构，载荷工况中包含两个载荷步，第一步是装配工况，包括螺栓预紧、衬套与盖板过盈配合；第二步是外载工况，外载为稳定杆两端相对位移量，相对位移量与轮心左右相对跳动量相关，通过杠杆比换算到稳定杆两端位置。
[0030]进一步地，步骤B，具体为：
[0031]B1、通过结果输出及数据处理，保证计算刚度曲线与测试刚度曲线位移输出间隔一致，模拟工况与橡胶衬套台架刚度试验相同，约束衬套外管，内管加载，求出载荷与位移曲线；
[0032]B2、以C
10
及C
01
为变量，计算刚度曲线与测试刚度曲线所围面积S的最小值为目标，对橡胶本构参数进行标定；
[0033]B3、参数优化：先准备测试刚度曲线，然后进行刚度计算有限元模型准备，通过参数化C
10
及C
01
以及目标设定S，搭建参数优化流程迭代计算，执行参数优化迭代计算，最后确定参数C
10
及C
01
。
[0034]更进一步地，计算刚度曲线与测试刚度曲线所围面积S的具体步骤为：
[0035]S1＝(a1‑
b1)2+(a2‑
b2)2+
…
(a
n
‑
b
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、有限元建模A1、依次对稳定杆系统零件画分网格，所述稳定杆系统零件由稳定杆、多根橡胶衬套、多个稳定杆盖板及多个螺栓组成；A2、建立材料属性；A3、赋予单元属性，所有结构均使用实体单元；A4、模型装配；A5、建立约束及载荷工况；B、橡胶材料本构参数标定由橡胶硬度计算橡胶初始本构参数，再通过参数优化手段标定真实的橡胶本构参数；C、装配过程模拟施加螺栓预紧载荷，将盖板压连接到副车架局部结构，同时将盖板与橡胶衬套压装到一起；D、耐久工况计算在步骤C基础上，进行外载疲劳工况的模拟计算，副车架局部结构约束，稳定杆两端加一定的相对位移，求解得到两个应力场结果；E、耐久损伤值计算导入步骤D计算的两个应力场结果，完成两个应力场间等幅疲劳耐久损伤值计算。2.根据权利要求1所述的一种提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法，其特征在于：步骤A1，所述橡胶衬套和稳定杆盖板均为2个，螺栓为4个。3.根据权利要求1所述的一种提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法，其特征在于：步骤A1，所述橡胶衬套画分为六面体网格，保证长宽比大于等于5，其他零部件网格画分为二阶四面体网格。4.根据权利要求1所述的一种提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法，其特征在于，步骤A2，具体为：橡胶本体结构材料采用二项Mooney
‑
Rivlin模型，即公式(1)，通过材料本构参数经验公式(2)
‑
公式(4)输入橡胶硬度计算出橡胶本构参数C
10
及C
01
的初始值，并赋予材料密度；W＝C
10
(I1‑
3)+C
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(I2‑
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(4)其中，C
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，C
01
为材料常数；E0为橡胶的弹性模量，H
r
为橡胶的洛氏硬度，G为剪切模量。5.根据权利要求1所述的一种提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法，其特征在于，步骤A4，具体为：以刚性单元连接稳定杆两端螺栓孔，主点为螺栓孔中心点；衬套与稳定杆做tie约束，衬套与盖板、螺栓与盖板、盖板与副车架局部结构建立接触约束，其中衬套与盖板结构存在初始穿透量，穿透量大小即为过盈量大小。6.根据权利要求1所述的一种提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法，其特征在于，步骤A5，具体为：约束副车架局部结构，载荷工况中包含两个载荷步，第一步是装配工况，包括螺栓预紧、衬套与盖板过盈配合；第二步是外载工况，外载为稳定杆两端相对位移量，相对位移量与轮心左右相对跳动量相关，通过杠杆比换算到稳定杆两端位置。
7.根据权利要求1所述的一种提升稳定杆系统疲劳耐久仿真精度的方法，其特征在于，步骤B，具体为：B1、通过结果输出及数据处理，保证计算刚度曲线与测试刚度曲线位移输出间隔一致，模拟工况与橡胶衬套...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继川，韩超，余景龙，武小一，王涛，孟夏蕾，许晓珊，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：