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Abaqus模拟空气弹簧

1年前浏览1662

  本文,我们将看一下空气弹簧(图1)的模拟。该设备可用于隔振和悬架,例如在重型车辆应用中。

1:空气弹簧

  此处显示的示例由一个波纹管状的皮囊(两个波纹管)组成,每个端部都有钢板。波纹管由橡胶制成,并用纤维增强。钢制的箍环在充满压缩空气时有助于保持其形状。

  与机械板簧或螺旋弹簧相比,空气弹簧具有可调的优势:通过改变空气弹簧内部的压力,弹簧特性会发生变化。此外,可以通过添加或去除空气来调节空气弹簧的长度。因此,空气弹簧可用于调平和调节高度。

  如上所述,这种空气弹簧的性能不仅取决于几何形状,材料特性和增强材料的选择,还取决于其中所含的空气。在此文中,我们将模拟此空气弹簧(包括其空气室),并研究如何通过改变内部压力来影响力-位移行为。

几何

  几何结构如图1所示。为简单起见,使用了轴对称方法。我们在这里只看轴向力-位移行为,所以这足够了。为了对钢筋建模,波纹管厚度的中间包括一层钢筋(图2)。它包括相对于纵向方向为+/- 15度的纤维。

                           

2:加强层的位置

  这是使用Abaqus中的rebar选项完成的。轴对称面被分隔,以在加强层的位置获得边缘。在钢筋定义中,定义了钢筋的材料,每根钢筋的面积,钢筋的间距和取向角。在轴对称壳体的情况下,没有必要甚至没有可能为钢筋角度定义坐标系。相对于rz平面定义角度。纤维的角度为0度时位于rz平面(明确建模的平面)中,纤维以90度为垂直方向。

材料

顶板和底板被认为是刚性的。波纹管使用橡胶材料特性(超弹性的Mooney-Rivlin)。钢质用于腰带箍和纤维增强。空气弹簧内的空气被认为是一种理想的气体,其分子量为0.0289

流体腔

   使用流体腔将空气包括在分析中。这允许将压力-体积关系曲线,使用的表面是波纹管以及顶板和底板的内表面,如图3所示。

               

           

3:用于定义流体腔的表面

    在流体腔内,假定压力是恒定的。可以规定压力作为流体腔的边界条件。在这种情况下,空气可以流入或流出腔体,以获得该压力。当没有压力边界条件处于活动状态时,则关闭型腔;否则,关闭型腔。空气不能流入或流出。也可以使用更复杂的充气选项,例如用于模拟安全气囊。

   在Abaqus中,流体腔是一种相互作用。必须定义一个表面和一个参考点。对于(轴对称)情况,参考点必须位于对称轴上(即使轴对称问题位于流体腔本身之外)。流体腔定义是指定义流体腔特性的相互作用特性。在其中,您可以选择流体腔是液压的还是气动的。对于气动腔体(例如此处使用的腔体),必须指定理想的气体分子量。要使用此选项,应将绝对零温度和通用气体常数定义为模型属性。

载荷和边界条件

  对于每个分析,都模拟了三个步骤。在第一步期间,空气弹簧被加压。在此步骤中,两个端板(顶部和底部)均已固定。在第二步中,移动顶板以达到25%的轴向压缩。在最后一步中,移动顶板以达到40%的轴向延伸。这使我们能够绘制力-位移图。

  这些步骤是针对以下三个压力级别执行的:12345 bar,以便可以显示加压效果。另外,在允许空气弹簧膨胀的同时增加压力。这显示了如何将空气弹簧加压可用于调平。使用Abaqus / Standard进行分析。

结果

正如预期的那样,随着压力的增加,空气弹簧的长度也会增加。压缩伸长试验期间的变形如下所示:



 


在绘制所有压力水平下的力与位移的关系图时,随着压力水平的增加,我们会观察到更大的力以及更大的弹簧刚度力(图4)。

4:不同初始压力水平下的力-位移关系

结论

  这里已经展示了一种使用Abaqus中的流体腔功能对空气弹簧建模的方法。通过该方法可以研究了不同初始压力下的轴向力-位移关系。也可以研究许多其他事情,例如纤维取向的影响或更复杂的加载条件。

来源:ABAQUS仿真世界
Abaqus通用材料试验
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-08-17
最近编辑:1年前
yunduan082
硕士 | 仿真主任工程... Abaqus仿真世界
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2条评论
风
签名征集中
8月前
你好:是否有空气弹簧建模过程
回复
风
签名征集中
10月前
你好有空气弹簧仿真的教程吗?
回复
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