橡胶元件满足等频减振条件下的最大承载幅度的评估方法

文档序号:9506380阅读:562来源:国知局
橡胶元件满足等频减振条件下的最大承载幅度的评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及橡胶元件的承载幅度评估分析技术,具体涉及一种橡胶元件满足等频 减振(不同承载工况下减振系统具有相同的减振效果或减振能力)条件下的最大承载幅度 (承载区域中最大承载位移与最小承载位移之差)的评估方法。
【背景技术】
[0002] 橡胶元件由于具有良好的减振能力,因而广泛应用于轨道交通减振领域,公路汽 车减振领域以及风电减振领域等工程减振应用领域,一般来说,设计橡胶减振弹簧的刚度 特性时,通常通过对装置橡胶减振弹簧的减振系统进行动力学计算,通过仿真结果确定某 一个或某几个关键承载载荷点时的刚度大小,以此刚度值作为设计橡胶元件非线性刚度的 输入依据;而设计橡胶元件时,则是利用橡胶形状的可自由设计性和橡胶材料的可硫化成 型性,研发设计出满足疲劳和非线性刚度要求的橡胶减振产品。
[0003] 在完成产品试制的同时,利用减隔振试验台,对橡胶元件在其关键的一个或者有 限个承载点下的减振性能进行隔振传递率试验,并通过比较减振传递率曲线来判断这几个 承载点下的减振特性是否相同,显然,这种方法只能对一个或者有限个承载点的减振特性 进行比较性测试,无法对其整个承载工况的减振性能进行完整性评估,而且进行减振传递 率试验测试因为涉及到需要配置与承载工况完全等效的质量块,因而试验测试难度非常 大,因此,这种方法对评估橡胶元件在整个承载过程中的减振能力有其局限性,且这种局限 性主要表现为:(I)地铁车辆或机车车辆所搭乘的顾客,每天、每趟的搭乘数量或者说等效 质量,是变化的,甚至是随机变化的,因此设计减振产品的刚度时,试图通过定义一个典型 载荷点或者几个关键载荷点,并不能完整描述其所有的承载工况。(II)通过测试一个典型 载荷点或者几个关键载荷点下的减振传递率曲线,显然无法全面描述橡胶元件在其整个承 载阶段的全部减振特性,而且产品在整个承载区域的减振能力,是否能够达到与其典型工 况下的隔振能力一样的隔振效果,也无法进行有效评估,更没有一个可行的评估方法。
[0004] 现有的评估橡胶元件在承载时的减振性能的技术方案包括:方案一、配置与承载 工况完全等效的质量块的基础上,借助减振试验台对橡胶元件在1个或者有限个典型承载 工况下的减振性能进行隔振传递率测试;方案二、减振性能或减振效果以减振传递率曲线 表针出来,通过比较不同工况下的减振传递率曲线来判断不同承载工况下的减振差异。但 是,上述评估橡胶元件在承载时的减振性能方法的缺点是:(I)、直接测试减振性能有局限 性和难度:利用减隔振试验台,进行减振性能测试,由于进行减振传递率试验测试涉及到需 要配置与承载大小相吻合的质量块,而定制与承载大小相等效的质量块,需要花费较大的 时间和财力,而且试验安装的难度非常大,因而试验测试的难度整体较大,而且试验测试的 结果误差也大。(II)、测试的仅是一个或几个关键点的减振性能:通常是对橡胶元件在其关 键的一个或者有限个承载点下的减振性能进行隔振传递率试验,并通过比较减振传递率曲 线来判断这几个承载点下的减振特性是否相同,因而比较的工况非常有限。(III)、不能全 面描述整个承载过程的减振性能:这种方法由于只能对一个或者有限个承载点的减振特性 进行比较性测试,从工作量的角度,也无法对其整个承载工况的减振性能进行完整性评估, 而且产品在整个承载区域的减振能力,是否能够达到与其典型工况下的隔振能力一样的隔 振效果,也无法进行有效评估,更没有一个可行的评估方法。

【发明内容】

[0005] 本发明要解决的技术问题:针对现有技术的上述问题,提供一种能够全面描述橡 胶元件整个承载过程中的减振性能,测试方法简单、评估准确度高、测试工作量小的橡胶元 件满足等频减振条件下的最大承载幅度的评估方法。
[0006] 为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
[0007] -种橡胶元件满足等频减振条件下的最大承载幅度的评估方法,步骤包括:
[0008] 1)获取橡胶元件本身所具有的载荷位移特性曲线;
[0009] 2)在所述载荷位移特性曲线中确定载荷点(X。,Y。),将载荷点(X。,Y。)作为基础输 入点,建立理想等频减振方程,所述理想等频减振方程包括用于调整曲线变化的变量指数 m ;
[0010] 3)调节变量指数m的取值,找到使得理想等频减振方程的曲线、载荷位移特性曲 线达到最大幅度的吻合时变量指数m的取值,从而得到确定的理想等频减振方程曲线;
[0011] 4)根据所述理想等频减振方程曲线、橡胶元件的载荷位移特性曲线计算橡胶元件 满足等频要求的最小位移X ni和满足等频要求的最大位移X n;
[0012] 5)根据最小位移Xni和最大位移X n计算橡胶元件满足等频减振条件下的最大承载 幅度。
[0013] 优选地,所述步骤2)中理想等频减振的基础方程的函数表达式如式(1)所示;
[0015] 式(1)中,y为理想等频减振方程的值,X为理想等频减振方程的自变量,(X。,Y0) 为理想等频减振方程的基础输入点,m为用于调整曲线变化的变量指数。
[0016] 优选地,所述步骤3)的详细步骤包括:调整变量指数m的值,计算每一个变量指数 m取值下载荷位移特性曲线的任意载荷点(XJ1)和理想等频减振方程的任意载荷点(X,Yp) 之间的误差找到载荷位移特性曲线和理想等频减振方程之间最大误差A _,查找使得 载荷位移特性曲线和理想等频减振方程之间的最大误差^ _小于预设误差阈值时的变量 指数m的值,根据查找到的变量指数m的值得到确定的理想等频减振方程曲线;
[0017] 优选地,所述误差&的计算函数表达式如式(2)所示;
[0019] 式(2)中,^为载荷位移特性曲线的任意载荷点(XJ1)和理想等频减振方程的任 意载荷点(X,Y p)之间的误差,Y1S载荷位移特性曲线中载荷点(X,Y1)的载荷值,Y p为理想 等频减振方程中载荷点(X,Yp)的载荷值。
[0020] 优选地,所述预设误差阈值的值为5%。
[0021] 优选地,所述调整变量指数m的值时,具体是指利用最少二乘法、以从小到大的方 式调整变量指数m的值。
[0022] 优选地,所述步骤4)的详细步骤包括:
[0023] 4. 1)以基础输入点(X。,Y。)作为基点,初始化位移变量N为1 ;
[0024] 4. 2)以所述确定的理想等频减振方程曲线和橡胶元件的载荷位移特性曲线中位 移点比\小的区域方向作为当前位移方向,设置位移步长增量为Xc-0. 5N,其中X。为基础输 入点的位移量,N为正整数常量,向当前位移方向位移一个位移步长增量;
[0025] 4. 3)计算每一个变量指数m取值下载荷位移特性曲线的任意载荷点(X,Y1)和理 想等频减振方程曲线的任意载荷点(X,Y p)之间的误差找到载荷位移特性曲线和理想等 频减振方程曲线之间最大误差,判断最大误差小于或等于预设误差阈值是否成 立,如果成立,则向当前位移方向位移0. 5个位移步长增量,跳转执行步骤4. 3);否则,将上 一次位移的位移位置作为橡胶元件满足等频要求的最小位移Xni;
[0026] 4. 4)以所述确定的理想等频减振方程曲线和橡胶元件的载荷位移特性曲线中位 移点比\大的区域方向作为当前位移方向,设置位移步长增量为XC+0.5N,其中X。为基础输 入点的位移量,N为正整数常量,向当前位移方向位移一个位移步长增量;
[0027] 4. 5)计算每一个变量指数m取值下载荷位移特性曲线的任意载荷点(X,Y1)和理 想等频减振方程曲线的任意载荷点(X,Y p)之间的误差找到载荷位移特性曲线和理想等 频减振方程曲线之间最大误差,判断最大误差小于或等于预设误差阈值是否成 立,如果成立,则向当前位移方向位移〇. 5个位移步长增量,跳转执行步骤4. 5);否则,将上 一次位移的位移位置作为橡胶元件满足等频要求的最大位移Χη。
[0028] 优选地,所述步骤5)中计算橡胶元件满足等频减振条件下的最大承载幅度的函 数表达式如式(3)所示;
[0029] d = I (Xn-Xn) ⑶
[0030] 式(3)中,d为橡胶元件满足等频减振条件下的最大承载幅度,&为橡胶元件满足 等频要求的最大位移,X ni为橡胶元件满足等频要求的最小位移。
[0031] 本发明橡胶元件满足等频减振条件下的最大承载幅度的评估方法具有下述优点: 针对现有技术仅通过利用减振试验台对橡胶减振系统进行试验测试来获得某一个或几个 关键载荷点下的减振效果的不足,本发明通过仿真计算或实验测试的手段来获得橡胶元件 的载荷位移特性曲线,并利用等频减振方程来拟合出理想化的基于等频减振的载荷位移特 性曲线,最后通过对比产品实际的载荷位移特性曲线与基于理想等频的载荷位移特性曲线 的吻合程度,从而计算出减振产品满足等频减振(不同承载工况下减振系统具有相同的减 振效果或减振能力)要求下的承载幅度(橡胶元件在满足等频减振条件下的这段承载区域 中最大承载位移与最小承载载荷之差),能够通过仿真分析或者产品实验所获得的橡胶元 件的载荷位移特性曲线进行基于等频减振幅度的评估,能够全面描述橡胶元件整个承载过 程中的减振性能,具有测试方法简单、评估准确度高、测试工作量小的优点。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
[0033] 图2为本发明实施例得到的载荷位移特性曲线和理想等频减振方程曲线。
【具体实施方式】
[0034] 如图1所示,本实施例橡胶元件满足等频减振条件下的最大承载幅度的评估方法 的步骤包括:
[0035] 1)获取橡胶元件本身所具有的载荷位移特性曲线(参见图1中的test (EFA)减振 曲线),对橡胶元件本身所具有的载荷位移特性曲线,具体可以根据需要通过仿真分析或者 产品实验测试的手段获得,其中仿真分析可以使用ABAQUS、ANASYS等有限元仿真软件;
[0036] 2)在载荷位移特性曲线中确定载荷点(X。,Y。),将载荷点(X。,Y。)作为基础输入点, 建立理想等频减振方程,理想等频减振方程包括用于调整曲线变化的变量指数m;确定载 荷点(?,?时,一般为根据客户或者设计者最为关心或关注的工况确定;
[0037] 3)调节变量指数m的取值,找到使得理想等频减振方程的曲线、载荷位移特性曲 线达到最大幅度的吻合时变量指数m的取值,从而得到确定的理想等频减振方程曲线(参 见图1中的理想等频减振曲线);当理想等频减振方程的曲线、载荷位移特性曲线达到最大 幅度的吻合时,吻合区域则是橡胶元
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