金威囊減，對于簾線材料不同、層數(shù)不同的空氣彈簧氣囊，其內(nèi)壓力基本僅隨著垂向位移而變化，與簾線的層數(shù)、材料等關(guān)系不大．同樣，氣囊簾線的材料不同、層數(shù)不同時，其有效半徑主要隨著垂向位移變化而變化；尤其是對于芳綸材質(zhì)的簾線，簾線層數(shù)不同、初始充氣壓力不同時，氣囊壓力的變化基本相同，這主要是芳綸簾線的彈性模量較大、負載變形較小的結(jié)果。
結(jié)果表明，空氣彈簧氣囊簾線的相關(guān)參數(shù)對其有效半徑的影響很小。 如前所述，作為彈性元件的主從動氣囊，相互之間的壓力差大小決定了聯(lián)軸器能夠傳遞扭矩負載的大小。僅從空氣彈簧聯(lián)軸器承受扭矩負載特性看，承載大小主要取決于主從動氣囊的垂向特性。而表征氣囊垂向性能的參數(shù)主要是內(nèi)壓力、有效半徑及垂向高度(拉伸壓縮行程)，有效半徑及垂向高度的數(shù)值決定著空氣彈簧可變?nèi)莘e的大小。
運用加強筋模型技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)置加強筋單元的相關(guān)參數(shù)，即各層加強筋的材料性質(zhì)、加強筋層的參考面(邊)、加強筋方向的參考軸、加強筋偏離參考軸的角度、加強筋層的相對位置、單根加強筋的橫截面積、單位長度加強筋的根數(shù)等。 本文利用MSC.Marc軟件建立了空氣彈簧氣囊的有限元模型。模型中考慮了橡膠材料的非線性和不可壓縮性、簾線一橡膠復(fù)合材料的各向異性、空氣彈簧氣囊大變形導(dǎo)致的幾何非線性以及空氣彈簧氣囊與鋼板法蘭的接觸非線性邊界條件。
利用MSC。Marc軟件中的加強筋模型來模擬氣囊中的多層簾線一橡膠復(fù)合材料，借助Rebar模型可以直接在前處理中定義氣囊中隨位置變化的簾線的鋪設(shè)方向，并且可以真實地模擬簾線一橡膠復(fù)合材料的幾何和材料非線性。 如前所述，空氣彈簧是以壓縮空氣作為介質(zhì)來實現(xiàn)彈性作用的一種非金屬彈簧，氣囊內(nèi)腔壓力隨內(nèi)腔體積之間的變化關(guān)系直接反映著空氣彈簧的剛度特性。若運用其他分析工具，無法全面計算內(nèi)腔壓力隨內(nèi)腔體積之間的變化關(guān)系，只能把氣囊內(nèi)壓力視為定壓加載處理?？梢岳肕SC.Marc空腔結(jié)構(gòu)模型(Cavity)真實模擬了空腔體積與空腔內(nèi)壓的變化關(guān)系。當(dāng)空腔體積變化時，MSC.Marc可以通過更新空腔內(nèi)部壓力來模擬空腔內(nèi)部的密閉特性。
本文利用Rebar加強筋模型和Cavity空腔結(jié)構(gòu)模型對空氣彈簧氣囊的加載過程進行模擬分析，對空氣彈簧氣囊的充氣過程和垂向特性進行了仿真。需要說明的是，作為聯(lián)軸器彈性元件的空氣彈簧氣囊，其垂向剛度特性與橫向剛度特性對空氣彈簧聯(lián)軸器的主要性能均有重要影響，并且橫向剛度特性的影響還要重要一些。關(guān)于我們對空氣彈簧氣囊的橫向特性分析，將另文加以介紹。
2 金威囊減空氣彈簧氣囊有限元模型建立
由于FIRESTONE空氣彈簧氣囊的軸對稱性以及垂向負載的對稱性，可建立氣囊的軸對稱分析模型。當(dāng)進一步做橫向特性分析、需要氣囊的三維模型時，可通過對二維軸對稱模型及分析結(jié)果的旋轉(zhuǎn)而生成。因此，對空氣彈簧氣囊的充氣、垂向特性分析可由二維軸對稱分析完成。二維軸對稱模型可以進一步擴展到三維模型，并可將軸對稱分析結(jié)果利用AXIT03D模型定義選項從軸對稱轉(zhuǎn)換到三維(除網(wǎng)格擴展外，載荷和邊界條件也擴展)，以完成氣囊的橫向特性分析。
可以利用Marc與AutoCAD間的良好接口關(guān)系，先在AutoCAD繪制出氣囊的詳細結(jié)構(gòu)，而后直接調(diào)用到Marc中進行網(wǎng)格劃分。 圖4為空氣彈簧氣囊的二維軸對稱模型，其處于自由高度狀態(tài)，共有單元1022個，節(jié)點932個。特別指出的是，在簾線一橡膠復(fù)合材料模型中，相同的空間位置有兩份單元(具有相同節(jié)點)，一份單元代表橡膠基體，為普通軸對稱單元(采用Herrman不可壓縮單元)；另一份單元代表增強簾線，為Rebar單元。Rebar單元具有單向剛度的單元形式，是處理帶有加強筋的復(fù)合材料的理想單元。
由于氣囊簾線的相關(guān)參數(shù)對其內(nèi)壓力的變化、有效半徑的變化的影響很有限，即對垂向特性的影響有限，空氣彈簧氣囊的垂向剛度特性主要取決于內(nèi)壓力及可變?nèi)莘e這兩大因素，這種特性在壓縮階段表現(xiàn)尤其明顯。 通過分析可知，儀從垂向剛度特性看，空氣彈簧氣囊的垂向剛度主要受到氣囊可變?nèi)莘e及內(nèi)壓力的影響，簾線的相關(guān)參數(shù)對垂向剛度的影響較小。因此，要降低空氣彈簧氣囊的垂向剛度并同時提高其承載能力，在結(jié)構(gòu)空間允許的條件下，增大氣囊的可變?nèi)莘e(包括增大有效半徑、增大工作高度、增大曲囊半徑等)是一條可行有效的技術(shù)途徑。
4 結(jié)論
1)通過氣囊在垂向拉伸、壓縮過程的內(nèi)壓力及有效半徑的變化特性表明，簾線結(jié)構(gòu)參數(shù)對空氣彈簧氣囊的垂向剛度特性的影響較小?？諝鈴椈蓺饽业拇瓜騽偠忍匦灾饕Q于內(nèi)壓力及可變?nèi)莘e這兩大因素。這是過去的經(jīng)驗公式已經(jīng)體現(xiàn)了的。過去在進行空氣彈簧聯(lián)軸器設(shè)計時，主要也是依據(jù)這類經(jīng)驗公式；
2)空氣彈簧氣囊的內(nèi)壓力對垂向剛度的影響很大，內(nèi)壓力越高，垂向剛度越大；
結(jié)果表明，空氣彈簧氣囊簾線的相關(guān)參數(shù)對其有效半徑的影響很小。 如前所述，作為彈性元件的主從動氣囊，相互之間的壓力差大小決定了聯(lián)軸器能夠傳遞扭矩負載的大小。僅從空氣彈簧聯(lián)軸器承受扭矩負載特性看，承載大小主要取決于主從動氣囊的垂向特性。而表征氣囊垂向性能的參數(shù)主要是內(nèi)壓力、有效半徑及垂向高度(拉伸壓縮行程)，有效半徑及垂向高度的數(shù)值決定著空氣彈簧可變?nèi)莘e的大小。
運用加強筋模型技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)置加強筋單元的相關(guān)參數(shù)，即各層加強筋的材料性質(zhì)、加強筋層的參考面(邊)、加強筋方向的參考軸、加強筋偏離參考軸的角度、加強筋層的相對位置、單根加強筋的橫截面積、單位長度加強筋的根數(shù)等。 本文利用MSC.Marc軟件建立了空氣彈簧氣囊的有限元模型。模型中考慮了橡膠材料的非線性和不可壓縮性、簾線一橡膠復(fù)合材料的各向異性、空氣彈簧氣囊大變形導(dǎo)致的幾何非線性以及空氣彈簧氣囊與鋼板法蘭的接觸非線性邊界條件。
利用MSC。Marc軟件中的加強筋模型來模擬氣囊中的多層簾線一橡膠復(fù)合材料，借助Rebar模型可以直接在前處理中定義氣囊中隨位置變化的簾線的鋪設(shè)方向，并且可以真實地模擬簾線一橡膠復(fù)合材料的幾何和材料非線性。 如前所述，空氣彈簧是以壓縮空氣作為介質(zhì)來實現(xiàn)彈性作用的一種非金屬彈簧，氣囊內(nèi)腔壓力隨內(nèi)腔體積之間的變化關(guān)系直接反映著空氣彈簧的剛度特性。若運用其他分析工具，無法全面計算內(nèi)腔壓力隨內(nèi)腔體積之間的變化關(guān)系，只能把氣囊內(nèi)壓力視為定壓加載處理?？梢岳肕SC.Marc空腔結(jié)構(gòu)模型(Cavity)真實模擬了空腔體積與空腔內(nèi)壓的變化關(guān)系。當(dāng)空腔體積變化時，MSC.Marc可以通過更新空腔內(nèi)部壓力來模擬空腔內(nèi)部的密閉特性。
本文利用Rebar加強筋模型和Cavity空腔結(jié)構(gòu)模型對空氣彈簧氣囊的加載過程進行模擬分析，對空氣彈簧氣囊的充氣過程和垂向特性進行了仿真。需要說明的是，作為聯(lián)軸器彈性元件的空氣彈簧氣囊，其垂向剛度特性與橫向剛度特性對空氣彈簧聯(lián)軸器的主要性能均有重要影響，并且橫向剛度特性的影響還要重要一些。關(guān)于我們對空氣彈簧氣囊的橫向特性分析，將另文加以介紹。
2 金威囊減空氣彈簧氣囊有限元模型建立
由于FIRESTONE空氣彈簧氣囊的軸對稱性以及垂向負載的對稱性，可建立氣囊的軸對稱分析模型。當(dāng)進一步做橫向特性分析、需要氣囊的三維模型時，可通過對二維軸對稱模型及分析結(jié)果的旋轉(zhuǎn)而生成。因此，對空氣彈簧氣囊的充氣、垂向特性分析可由二維軸對稱分析完成。二維軸對稱模型可以進一步擴展到三維模型，并可將軸對稱分析結(jié)果利用AXIT03D模型定義選項從軸對稱轉(zhuǎn)換到三維(除網(wǎng)格擴展外，載荷和邊界條件也擴展)，以完成氣囊的橫向特性分析。
可以利用Marc與AutoCAD間的良好接口關(guān)系，先在AutoCAD繪制出氣囊的詳細結(jié)構(gòu)，而后直接調(diào)用到Marc中進行網(wǎng)格劃分。 圖4為空氣彈簧氣囊的二維軸對稱模型，其處于自由高度狀態(tài)，共有單元1022個，節(jié)點932個。特別指出的是，在簾線一橡膠復(fù)合材料模型中，相同的空間位置有兩份單元(具有相同節(jié)點)，一份單元代表橡膠基體，為普通軸對稱單元(采用Herrman不可壓縮單元)；另一份單元代表增強簾線，為Rebar單元。Rebar單元具有單向剛度的單元形式，是處理帶有加強筋的復(fù)合材料的理想單元。
由于氣囊簾線的相關(guān)參數(shù)對其內(nèi)壓力的變化、有效半徑的變化的影響很有限，即對垂向特性的影響有限，空氣彈簧氣囊的垂向剛度特性主要取決于內(nèi)壓力及可變?nèi)莘e這兩大因素，這種特性在壓縮階段表現(xiàn)尤其明顯。 通過分析可知，儀從垂向剛度特性看，空氣彈簧氣囊的垂向剛度主要受到氣囊可變?nèi)莘e及內(nèi)壓力的影響，簾線的相關(guān)參數(shù)對垂向剛度的影響較小。因此，要降低空氣彈簧氣囊的垂向剛度并同時提高其承載能力，在結(jié)構(gòu)空間允許的條件下，增大氣囊的可變?nèi)莘e(包括增大有效半徑、增大工作高度、增大曲囊半徑等)是一條可行有效的技術(shù)途徑。
4 結(jié)論
1)通過氣囊在垂向拉伸、壓縮過程的內(nèi)壓力及有效半徑的變化特性表明，簾線結(jié)構(gòu)參數(shù)對空氣彈簧氣囊的垂向剛度特性的影響較小?？諝鈴椈蓺饽业拇瓜騽偠忍匦灾饕Q于內(nèi)壓力及可變?nèi)莘e這兩大因素。這是過去的經(jīng)驗公式已經(jīng)體現(xiàn)了的。過去在進行空氣彈簧聯(lián)軸器設(shè)計時，主要也是依據(jù)這類經(jīng)驗公式；
2)空氣彈簧氣囊的內(nèi)壓力對垂向剛度的影響很大，內(nèi)壓力越高，垂向剛度越大；
3)利用Marc的加強筋模型和空腔結(jié)構(gòu)模型可以對空氣彈簧氣囊的加載過程進行真實的模擬分析，以得出氣囊在垂向拉伸壓縮過程中的相關(guān)特性，為空氣彈簧聯(lián)軸器的設(shè)計研究提供了有效可行的手段。
