非线性有限元分析 在发动机悬置设计中的应用
洛德机械(上海)有限公司
主要内容
发动机悬置的设计要求 悬置的非线性特性 非线性有限单元分析 分析实例 展望
发动机悬置在系统中的作用
联接和支撑发动机 隔离发动机的振动 隔离路面传递的振动 提供支反力 …
悬置系统设计解算的过程
把发动机看做有六个自由度的质点 把悬置看做具有三个方向刚度和阻尼特性的元件 建立动力学方程并求出固有频率和振型 进而预测系统的响应特性
悬置的技术要求
合适的刚度特性 足够的疲劳寿命 容易制造和安装 经济性 …
悬置的非线性特性
橡胶是一种超弹性材料，它的应力－应变关系是非 线性的 不同牌号的橡胶具有不同的材料特性 材料失效机理
材料特性与制造过程相关
悬置的非线性特性
悬置中橡胶处于复合的工作条件下
不规则的形状，变化的载荷，设计的边界条件等
经验公式
《机械振动隔离技术》 《防振橡胶及其应用》 严济宽 户元春彦
简单方便 不准确，对于复杂情况无能为力
《Engineering With Rubber - How to Design Rubber Components》 Alan N.Gent
FEA
获得精确的结果，可见的历史过程 基于材料基本特性研究，耗时长 《Rivilin R S. Rheology. Theory and applications》 F.R.Eirich.Academic 《Some forms of the strain energy function for rubber》 O. H. Yeoh
FEA方法 本构模型
Rivlin提出超弹性材料的应力-应变关系可以从应变能 中得到
应变能密度W是指在特定的应变状态下，单位体积材料中所存储的能量值。它 可以由3 个应变常数I1、I2、I3来描述
W ＝W( I1, I2, I3 )
对于橡胶等不可压缩超弹性材料而言，其I3 ＝1
FEA方法 本构模型
基于应变能理论的几种本构关 系模型 Mooney-Rivilin
把应变能函数幂级数展开后忽略高阶项
Neo-Hooken
只取第一项，简化的Mooney-Rivilin
1）蓝色线为胡克定律 2）红色线为Neo-Hookean模型 3）绿色线为Mooney-Rivilin模型
FEA方法 本构模型
O. H. Yeoh 于1993年提出并以 他的名字命名 对于不可压缩材料只利用了 一个应变常数
很好地描述了碳黑填充胶料的弹性力学性能
实例疲劳性能优化
对某悬置的两种设计方案进行非线性分析，获得其应变分布云图。与A 设计相比，B 设计应变降低，分布也更加合理。在实验室将两种设计进行对比测试，结果表明B 设计疲劳寿命较A
设计大幅提高。
A
B
非线性FEA 的作用
减少样品试制数量，节省工程时间，缩短开发周期评估和优化设计获得更好的NVH 特性…
谢谢！
非线性有限元分析 在发动机悬置设计中的应用
洛德机械(上海)有限公司
主要内容
发动机悬置的设计要求 悬置的非线性特性 非线性有限单元分析 分析实例 展望
发动机悬置在系统中的作用
联接和支撑发动机 隔离发动机的振动 隔离路面传递的振动 提供支反力 …
悬置系统设计解算的过程
把发动机看做有六个自由度的质点 把悬置看做具有三个方向刚度和阻尼特性的元件 建立动力学方程并求出固有频率和振型 进而预测系统的响应特性
悬置的技术要求
合适的刚度特性 足够的疲劳寿命 容易制造和安装 经济性 …
悬置的非线性特性
橡胶是一种超弹性材料，它的应力－应变关系是非 线性的 不同牌号的橡胶具有不同的材料特性 材料失效机理
材料特性与制造过程相关
悬置的非线性特性
悬置中橡胶处于复合的工作条件下
不规则的形状，变化的载荷，设计的边界条件等
经验公式
《机械振动隔离技术》 《防振橡胶及其应用》 严济宽 户元春彦
简单方便 不准确，对于复杂情况无能为力
《Engineering With Rubber - How to Design Rubber Components》 Alan N.Gent
FEA
获得精确的结果，可见的历史过程 基于材料基本特性研究，耗时长 《Rivilin R S. Rheology. Theory and applications》 F.R.Eirich.Academic 《Some forms of the strain energy function for rubber》 O. H. Yeoh
FEA方法 本构模型
Rivlin提出超弹性材料的应力-应变关系可以从应变能 中得到
应变能密度W是指在特定的应变状态下，单位体积材料中所存储的能量值。它 可以由3 个应变常数I1、I2、I3来描述
W ＝W( I1, I2, I3 )
对于橡胶等不可压缩超弹性材料而言，其I3 ＝1
FEA方法 本构模型
基于应变能理论的几种本构关 系模型 Mooney-Rivilin
把应变能函数幂级数展开后忽略高阶项
Neo-Hooken
只取第一项，简化的Mooney-Rivilin
1）蓝色线为胡克定律 2）红色线为Neo-Hookean模型 3）绿色线为Mooney-Rivilin模型
FEA方法 本构模型
O. H. Yeoh 于1993年提出并以 他的名字命名 对于不可压缩材料只利用了 一个应变常数
很好地描述了碳黑填充胶料的弹性力学性能
实例疲劳性能优化
对某悬置的两种设计方案进行非线性分析，获得其应变分布云图。与A 设计相比，B 设计应变降低，分布也更加合理。在实验室将两种设计进行对比测试，结果表明B 设计疲劳寿命较A
设计大幅提高。
A
B
非线性FEA 的作用
减少样品试制数量，节省工程时间，缩短开发周期评估和优化设计获得更好的NVH 特性…
谢谢！