Analiza zmęczenia komponentów jest również podzielona na dwa etapy: analizę strukturalną i analizę zmęczenia.
Najpierw przeprowadzana jest analiza strukturalna tulei zawieszenia samochodowego przy użyciu programu Abaqus/Explicit. Na podstawie modelu numerycznego tulei przypisuje się właściwości materiału, wykonuje się tworzenie siatki i przykłada obciążenia w celu obliczenia i analizy przemiennego odkształcenia wzdłuż osi pionowej w ciągu jednego cyklu fali sinusoidalnej.
Jak przykładać obciążenia do tulei gumowych? Ustawić zgodnie ze wzorcem ruchu tulei gumowej.
Jakie są wzorce ruchu tulei zawieszenia?
Poniższy rysunek przedstawia model elementów skończonych konkretnej tulei zawieszenia pod obciążeniem promieniowym oraz wykres konturowy wyników obliczeń.
Krzywą sztywności tulei (krzywą siła-przemieszczenie) porównuje się z wynikami eksperymentalnymi, co dodatkowo potwierdza słuszność ustalonego modelu MES. Jak widać z rysunku: analiza z wykorzystaniem parametrów hipersprężystych zidentyfikowanych na próbkach materiałów wykazuje dobrą zgodność pomiędzy wynikami eksperymentalnymi i analitycznymi na wykresie obciążenie-przemieszczenie.
Następnie wyniki powyższej analizy strukturalnej przenoszone są do modułu analizy zmęczeniowej programu (w tym przypadku przy wykorzystaniu oprogramowania FEMFAT firmy Magna ECS) i porównywane z wynikami badań wytrzymałościowych. Testy i analizy wykazują doskonałą spójność zarówno pod względem trwałości zmęczeniowej, jak i lokalizacji pęknięć.
W wynikach badań stwierdzono, że pęknięcia rozprzestrzeniają się w kierunku obwodowym i są inicjowane ze strefy materiału poddanej jednocześnie osiowym obciążeniom rozciągającym i ściskającym.
Wykres Haigha przedstawiający wyniki symulacji zmęczenia tulei zawieszenia wykazuje pękanie pod wpływem naprężeń ściskających. Chociaż obciążenia rozciągające i ściskające przykładane są jednakowo do materiału gumowego, analiza wskazuje, że uszkodzenie ostatecznie inicjuje się pod wpływem ściskania.
Weryfikacja i dalsze potwierdzenia ustaliły metodologię analizy zmęczenia elementów gumowych w oparciu o krzywe S-N i wykresy Haigha.
[Opracowanie wydajnego procesu projektowania produktu pojazdu poprzez technologię analizy zmęczenia] Stosując proponowaną technikę analizy zmęczenia elementów gumowych izolujących drgania, przeprowadzono badanie parametryczne komponentów wykonanych z tego samego materiału w celu zbadania związku pomiędzy zmiennością geometryczną (objętość gumy) a trwałością. Geometria komponentu została wyprowadzona z oryginalnego projektu części, z modelowanymi odmianami, w tym:
● Zwiększenie średnicy zewnętrznej o 15% i 30%;
● Wzrost średnicy wewnętrznej i zewnętrznej o 15% i 30%;
● 15% i 30% wydłużenie osiowe elementu.
Metody obciążania: obciążenia promieniowe i skrętne
Skonstruowano sześć różnych konfiguracji geometrycznych i dwa różne tryby ładowania. Wyniki symulacji podsumowano w następujący sposób:
(1) Obciążenie siłą promieniową: sześć zmodyfikowanych kształtów plus kształt oryginalny.
(2) Obciążenie przemieszczeniem skrętnym: sześć zmodyfikowanych kształtów plus kształt oryginalny.
Zmiany trendów na podstawie dwóch powyższych liczb podsumowano w Tabeli 1: „Tabela korelacji wydajności – geometrii”.
Wnioski z badań: Przy zwiększeniu jedynie średnicy zewnętrznej zmniejsza się wytrzymałość na obciążenia promieniowe, poprawia się wytrzymałość na skręcanie i zmniejsza się wydajność sprężyny. Gdy zwiększa się średnicę wewnętrzną i zewnętrzną, poprawia się trwałość pod obciążeniem promieniowym i skrętnym, a wydajność sprężyny spada. Gdy zwiększa się długość osiowa, poprawia się trwałość pod obciążeniem promieniowym i skrętnym, a działanie sprężyny ulega usztywnieniu.
Wyniki te zestawiono w następującej „Macierzy wydajności”:
Dzięki wstępnemu obliczeniu trwałości i charakterystyki sprężystości różnych wariantów projektu za pomocą zautomatyzowanych programów, dokładność katalogu wydajności można jeszcze bardziej poprawić poprzez ciągłą aktualizację danych.
W przypadku gumowych wibroizolatorów wymagania eksploatacyjne mogą mieć na celu osiągnięcie optymalnej równowagi pomiędzy trwałością przy obciążeniu promieniowym i wytrzymałością na skręcanie, lub trwałość na skręcanie może mieć szczególne znaczenie. Jeśli chodzi o charakterystykę sprężyn, choć często pożądane jest ich miększe ze względu na hałas, wibracje i komfort jazdy, czasami konieczne są stosunkowo sztywniejsze sprężyny, aby zapewnić precyzję prowadzenia i stabilność pojazdu. Ponieważ dane projektowe komponentów ze zdefiniowanymi atrybutami wydajności są wybierane zgodnie z docelowymi osiągami całego pojazdu – a atrybuty te są nierozerwalnie powiązane z parametrami wymiarowymi – wymiary komponentów można poddać inżynierii wstecznej, zaczynając od pożądanych wskaźników wydajności. Podejście to umożliwia ustalenie docelowych parametrów użytkowych już we wstępnej fazie koncepcyjnej rozwoju pojazdu, nawet w przypadku braku szczegółowych rysunków, a także pozwala na wyprowadzenie przybliżonych układów elementów gumowych w oparciu o oczekiwane osiągi. Wykorzystując ten katalog wydajności, wymiary komponentów można od samego początku określić zgodnie ze specyfikacjami wydajności, eliminując potrzebę powtarzalnych analiz MES, unikając iteracji projektu i przeróbek na szczegółowych etapach rozwoju oraz ułatwiając szybkie wdrożenie planowania o wysokiej dokładności.
VDI oferuje wysokiej jakości, niezawodne produkty. Serdecznie witamy Państwa zakup tulei zawieszenia VDI 7L0499035A.
