L'analyse de fatigue des composants est également divisée en deux étapes : l'analyse structurelle et l'analyse de fatigue.
Tout d’abord, l’analyse structurelle des coussinets de suspension automobile est réalisée à l’aide d’Abaqus/Explicit. Sur la base du modèle numérique de traversée, les propriétés des matériaux sont attribuées, le maillage est effectué et les charges sont appliquées pour calculer et analyser la déformation alternée le long de l'axe vertical au sein d'un cycle d'onde sinusoïdale.
Comment appliquer des charges sur les coussinets en caoutchouc ? Réglez en fonction du modèle de mouvement de la bague en caoutchouc.
Quels sont les schémas de mouvement des coussinets de suspension ?
La figure suivante montre le modèle par éléments finis d'un coussinet de suspension spécifique soumis à une charge radiale et le tracé de contour des résultats du calcul.
La courbe de rigidité de la bague (courbe force-déplacement) est comparée aux résultats expérimentaux, prouvant ainsi la validité du modèle FEM établi. Comme le montre la figure : l'analyse utilisant des paramètres hyperélastiques identifiés à partir d'éprouvettes de matériaux démontre une bonne cohérence entre les résultats expérimentaux et analytiques sur le diagramme charge-déplacement.
Ensuite, les résultats de l'analyse structurelle ci-dessus sont transférés au module d'analyse de fatigue du logiciel (dans ce cas à l'aide du logiciel FEMFAT de Magna ECS) et comparés aux résultats des tests de durabilité. Les tests et analyses démontrent une excellente cohérence en termes de résistance à la fatigue et de localisation des fissures.
Dans les résultats des tests, des fissures se sont propagées dans la direction circonférentielle et ont commencé à partir de la zone du matériau simultanément soumise à des charges axiales de traction et de compression.
Le diagramme de Haigh des résultats de simulation de fatigue pour le coussinet de suspension révèle une rupture sous des rapports de contraintes de compression. Bien que les charges de traction et de compression soient appliquées de manière égale au matériau en caoutchouc, l'analyse indique que la rupture commence finalement par compression.
La vérification et la confirmation ont permis d'établir une méthodologie d'analyse de fatigue des composants en caoutchouc basée sur les courbes S-N et les diagrammes de Haigh.
[Établissement d'un processus efficace de conception de produits automobiles grâce à la technologie d'analyse de fatigue] En appliquant la technique d'analyse de fatigue proposée pour les composants en caoutchouc isolant les vibrations, une étude paramétrique a été menée sur des composants fabriqués à partir du même matériau pour étudier la relation entre la variation géométrique (volume de caoutchouc) et les performances de durabilité. La géométrie des composants a été dérivée de la conception originale de la pièce, avec des variations modélisées comprenant :
● Augmentation de 15 % et 30 % du diamètre extérieur ;
● Augmentation de 15 % et 30 % des diamètres intérieurs et extérieurs ;
● 15% et 30% d'allongement axial de la pièce.
Méthodes de chargement : charges radiales et de torsion
Six configurations géométriques distinctes et deux modes de chargement différents ont été construits. Les résultats de la simulation sont résumés comme suit :
(1) Chargement par force radiale : six formes modifiées plus la forme originale.
(2) Chargement de déplacement en torsion : six formes modifiées plus la forme originale.
Les variations de tendance par rapport aux deux figures ci-dessus sont résumées dans le tableau 1 : « Tableau de corrélation performances-géométrie ».
Conclusions de la recherche : lorsque seul le diamètre extérieur augmente, la durabilité face aux charges radiales diminue, la durabilité en torsion s'améliore et les performances du ressort s'adoucissent. Lorsque les diamètres intérieur et extérieur sont augmentés, la durabilité sous des charges radiales et des charges de torsion s'améliore, tandis que les performances du ressort s'adoucissent. Lorsque la longueur axiale est augmentée, la durabilité sous des charges radiales et des charges de torsion s'améliore et les performances du ressort se raidissent.
Ces résultats sont compilés dans la « Matrice de performance » suivante :
En pré-calculant la durabilité et les caractéristiques des ressorts de diverses variantes de conception via des programmes automatisés, la précision du catalogue de performances peut être encore améliorée grâce à des mises à jour continues des données.
Pour les isolateurs de vibrations en caoutchouc, les exigences de performance peuvent viser à atteindre un équilibre optimal entre la durabilité des charges radiales et la durabilité en torsion, ou la durabilité en torsion peut revêtir une importance particulière. Concernant les caractéristiques des ressorts, alors qu'une raideur de ressort plus douce est souvent souhaitable pour le bruit, les vibrations et le confort de conduite, des ressorts relativement plus rigides sont parfois nécessaires pour garantir la précision de la manipulation et la stabilité du véhicule. Étant donné que les données de conception des composants avec des attributs de performances définis sont sélectionnées en fonction des objectifs de performances de l'ensemble du véhicule (et que ces attributs sont intrinsèquement liés aux paramètres dimensionnels), les dimensions des composants peuvent faire l'objet d'une ingénierie inverse à partir des mesures de performances souhaitées. Cette approche permet d'établir des objectifs de performance au cours de la phase conceptuelle initiale du développement du véhicule, même en l'absence de dessins détaillés, et permet de dériver des dispositions approximatives des composants en caoutchouc en fonction des performances attendues. En tirant parti de ce catalogue de performances, les dimensions des composants peuvent être déterminées dès le départ en fonction des spécifications de performances, éliminant ainsi le besoin d'analyses FEM répétitives, évitant les itérations de conception et les retouches au cours des étapes de développement détaillées et facilitant la mise en œuvre rapide d'une planification de haute précision.
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