吉林大学学报(工学版) ›› 2024, Vol. 54 ›› Issue (8): 2181-2186.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221360

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轿车前轴摇臂衬套仿生柔性接触表面摩擦特性数值模拟

梁策1(),李敏1,李义1,2,梁继才1,2,韩奇钢1()   

  1. 1.吉林大学 材料科学与工程学院,长春 130022
    2.吉林大学 重庆研究院,重庆 401123
  • 收稿日期:2022-10-24 出版日期:2024-08-01 发布日期:2024-08-30
  • 通讯作者: 韩奇钢 E-mail:liangce@jlu.edu.cn;hanqg@jlu.edu.cn
  • 作者简介:梁策(1987-),女,副教授,博士. 研究方向:材料加工. E-mail:liangce@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    吉林省科技厅重点研发项目(20220201123GX)

Numerical simulation on friction characteristics of rubber bushing with bionic flexible surfaces

Ce LIANG1(),Min LI1,Yi LI1,2,Ji-cai LIANG1,2,Qi-gang HAN1()   

  1. 1.College of Materials Science and Engineering,Jilin University,Changchun 130022,China
    2.Chongqing Research Institute,Jilin University,Chongqing 401123,China
  • Received:2022-10-24 Online:2024-08-01 Published:2024-08-30
  • Contact: Qi-gang HAN E-mail:liangce@jlu.edu.cn;hanqg@jlu.edu.cn

摘要:

基于有限元软件ABAQUS,建立了表面具有类蜣螂头部凸包结构的轿车前轴摇臂衬套的柔性摩擦副摩擦过程的有限元模型,并对其摩擦特性进行验证。通过筛选合适的超弹性本构模型和改变衬套表面凸包结构的尺寸,模拟分析柔性摩擦副径向和扭转方向的力学特性变化规律。结果表明:仿生凸包设计改变了衬套受力时的最大应力和应变位置,降低了橡胶衬套开裂的可能性;仿生衬套表面的接触摩擦力和摩擦系数明显减小,其中Type2模型表面的减阻耐磨效果最好。

关键词: 仿生摩擦学, 橡胶衬套, 仿生设计, 有限元模拟

Abstract:

Based on the finite element software ABAQUS, finite element models of the friction process of a car front axle rocker bushing with flexible surfaces similar to the head surface of the dung beetle are established and their friction characteristics are verified. By selecting an appropriate hyperelastic constitutive model and changing the size of the convex hulls on the surface of the bushing, the variation law of the radial and torsional mechanical properties of the flexible friction pair are analyzed. It turns out that the design of bionic convex hulls changes the maximum stress and strain positions of the bushing under stress, then it can effectively prolong the service life of the rubber bushing surface; the contact friction force and friction coefficients of the bionic bushings surfaces are obviously reduced, the friction reduction and wear resistance of the type2 model surface is the best.

Key words: bionic tribology, rubber bushing, bionics design, finite element simulation

中图分类号: 

  • TG356

图 1

蜣螂体表及凸包表面仿生设计"

表1

凸包截面尺寸"

形状R1/mmR2/mmH1/mmH2/mm
Type11.251.251.251.25
Type21.251.750.751.25
Type31.251.750.501.00

图2

有限元模型"

表2

网格划分结果"

名称单元类型单元尺寸/mm单元数量
标准衬套C3D8RT0.5018 450
Type1C3D8RT0.5074 412
Type2C3D8RT0.5065 466
Type3C3D8RT0.5095 346
外管C3D8RT1.25756
钢板S4R2.50120

图 3

超弹性本构模型拟合曲线"

表 3

3阶Ogden超弹性本构模型参数"

本构模型μiαi
Ogden-N31.201820230.550907592
1.680490803×10-311.3337265
1.17984475×10-3-13.4689097

图4

应力分布云图"

图5

应变分布云图"

图6

摩擦热分布云图"

图7

摩擦力曲线图"

图 8

仿生衬套实物图和测试系统原理图"

表 4

柔性摩擦副的最大摩擦系数"

名称模拟数据实验数据误差/%
标准衬套0.4600.4671.522
Type10.4260.4393.052
Type20.4080.4284.902
Type30.4280.4535.841
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