工程力学 ›› 2019, Vol. 36 ›› Issue (2): 224-228.doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0925

• 机械工程学科 • 上一篇    下一篇

空气弹簧多变过程的有限元模拟

李雪冰1,2, 曹金凤3, 危银涛1   

  1. 1. 清华大学汽车工程系, 北京 100084;
    2. 中车青岛四方车辆研究所有限公司减振事业部, 山东, 青岛 266031;
    3. 青岛理工大学理学院, 山东, 青岛 266520
  • 收稿日期:2017-12-07 修回日期:2018-09-18 出版日期:2019-02-22 发布日期:2019-02-22
  • 通讯作者: 危银涛(1971-),男,湖北人,教授,工学博士,博导,主要从事汽车动力学与控制、轮胎力学与复合材料的有限元与优化设计和振动-声学仿真研究(E-mail:weiyt@tsinghua.edu.cn). E-mail:weiyt@tsinghua.edu.cn
  • 作者简介:李雪冰(1983-),男,山东人,博士生,主要从事空气弹簧和橡胶构件的研究与开发、橡胶构件的有限元仿真、橡胶材料的本构理论与测试和橡胶材料疲劳研究(E-mail:lixuebing1983@126.com,lxb16@mails.tsinghua.edu.cn);曹金凤(1978-),女,山东人,副教授,博士,主要从事橡胶构件的研究与开发,大型复杂结构数值模拟研究(E-mail:caojinfeng@qut.edu.cn).
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51275265,51175286,11672148);山东省自然科学基金项目(2013ZRB01802)

FINITE ELEMENT MODELLING ON POLYTROPIC PROCESS OF AIR SPRINGS

LI Xue-bing1,2, CAO Jin-feng3, WEI Yin-tao1   

  1. 1. Department of Automobile Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
    2. Anti-vibration Department, CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co., Ltd. Qingdao, Shandong 266031, China;
    3. School of Science, Qingdao University of Technology, Qingdao, Shandong 266520, China
  • Received:2017-12-07 Revised:2018-09-18 Online:2019-02-22 Published:2019-02-22

摘要: 由于当前的有限元软件无法计算空气多变过程,导致空气弹簧垂向刚度预测偏差较大。为了解决这个问题,该文提出了空气弹簧多变过程有限元模拟的解决方案。基于虚功原理,推导了充气结构的有限元方程;基于理想气体状态方程,通过引入多变指数得到多变过程的气体弹性常数,并使用ABAQUS软件的用户自定义单元二次开发程序接口UEL开发了多变空气单元。通过与实验对比,发现该文提出的多变空气单元可以精确预测空气弹簧在不同频率、不同载荷和不同附加气室情况下的垂向刚度,从而验证了该文方法的有效性。

关键词: 空气弹簧, 充气结构, 多变过程, 有限单元法, 垂向刚度

Abstract: The vertical stiffness of an air spring cannot be accurately predicted, because the existing finite element software cannot calculate the polytropic process of air. A solution for simulating the polytropic process of air springs was proposed in order to solve this problem. The finite element formulation was deduced based on virtual work, and the elasticity of air was deduced by introducing the polytropic index based on an ideal gas status equation. A pneumatic element was developed based on the user-defined element UEL, which is provided by ABAQUS software. Compared with the experimental results, we find the proposed method predicts the vertical stiffness of an air spring very precise under different frequencies, loads and additional reservoir volumes, which validates the proposed method.

Key words: air spring, pneumatic structure, polytropic process, finite element method, vertical stiffness

中图分类号: 

  • U266.2
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2018年11月15日