[发明专利]一种空气弹簧结构敏感参数的确定方法

说明书

本发明公开了一种空气弹簧结构敏感参数的确定方法，包括，构建数字模型，对数字模型进行有限元分析，对橡胶层厚度、材料、帘线属性、盖板厚度等关键结构设计参数进行汇总，并设定其参数容许区间，对所给定参数区间内，利用不同广义随机多项式构造正交函数集逼近模型的输出量与随机变量。在获得的近似显式函数表达的基础上，通过Monte‑Carlo模拟对模型输出量进行矩估计，在灵敏度计算结果的基础上，分析各参数单独变化、不同参数同时变化等对模型输出量的影响程度，从而确定参数间交互作用以及结构特性敏感参数。本发明能够解决传统方法难以实现的问题，在预设计阶段可避免重复设计，大幅缩短研发周期，节省研发成本。

技术领域

本发明属于空气弹簧领域，具体涉及一种更准确和高效的的空气弹簧结构敏感参数的确定方法。

背景技术

空气弹簧减振系统充分利用橡胶弹性和空气压力来获得车辆综合吸振、隔振、防噪和缓冲性能。与传统的钢板弹簧相比，采用空气弹簧减振系统的车辆在舒适性、经济性、轻量化、可靠性、降噪和隔振性能等方面具有明显优势。空气弹簧减振系统在欧美等发达国家商用车上已经普遍应用，在重载车辆上普及率超过80％，然而目前国内在载重车领域空气弹簧安装比例远小于10％，亟需掌握载重车用空气弹簧系统研发和设计技术。

重载车辆空气弹簧多由上盖板、橡胶胶囊、缓冲块及底座等部件组成，结构较为复杂，设计参数较多。在车辆运行过程中空气弹簧橡胶胶囊内压实时变化以实现对多维支撑载荷的动态平衡，性能要求高。确定对空气弹簧承载和刚度特性等系统性能影响显著的结构特性参数是该类系统研发和设计的关键步骤之一。然而，目前国内大多依据工程经验通过反复制样和试验来确定敏感参数以满足设计需求，不仅需要较高研发成本，而且导致产品开发周期长且人力物力投入较大。近年来，国外已逐步使用数字化设计技术进行空气弹簧研制以缩短新产品开发周期和降低研制成本，例如通过计算机辅助设计(CAD)生成物理模型，并采用有限元分析(FEM)进行静力学和动力学仿真获取空气弹簧承载和刚度特性。

但是，由于完整的空气弹簧系统动力学模型本身涉及几何非线性、材料非线性、接触非线性和流固耦合动力学特性，通过直接求导法和有限差分法等局部灵敏度分析方法确定结构敏感参数存在数值计算困难，不易施行；而利用基于传统蒙特卡洛方法的全局灵敏度分析面临重复计算量过大和计算效率低等问题。因此迫切需要一种原理简单且计算效率高的重载车辆空气弹簧结构特性敏感参数的确定方法，为创新性空气弹簧新产品开发设计提供有效工具。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足，本发明目的是提供一种空气弹簧结构敏感参数的确定方法，可避免传统方法的实施困难，计算量过大的问题，实现重载车辆空气弹簧结构敏感参数的高效分析。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种空气弹簧结构敏感参数的确定方法，包括以下步骤：

S1.构建数字模型，

根据空气弹簧的几何结构，确定系统各部件的形状尺寸和位置关系、以及部件间结合部位处的装配关系，利用三维辅助设计软件建立空气弹簧结构和气囊内压缩气体三维实体模型；

S2.对数字模型进行有限元分析，

通过有限元分析软件，根据空气弹簧几何特性，利用三维六面体实体单元离散结构实体模型，采用静水流体单元模拟空气弹簧系统内的压缩气体，使气囊内测边界气体压力与结构变形耦合；

赋予各部件相应材料属性，构造空气弹簧系统流—固耦合有限元模型，再现空气弹簧在振动过程中腔内气体压力的变化，以及气压变化过程中气体与气囊内壁的流固耦合效应；

S3.汇总材料关键结构设计参数，

对橡胶层厚度、材料、帘线属性、盖板厚度等关键结构设计参数进行汇总，并设定其参数容许区间；

S4.构建模型的输出量与随机变量间的对应关系，