El análisis de fatiga de componentes también se divide en dos pasos: Análisis estructural y Análisis de fatiga.
Primero, se realiza un análisis estructural de casquillos de suspensión de automóviles utilizando Abaqus/Explicit. Con base en el modelo numérico del buje, se asignan las propiedades del material, se realiza el mallado y se aplican cargas para calcular y analizar la deformación alterna a lo largo del eje vertical dentro de un ciclo de onda sinusoidal.
¿Cómo aplicar cargas a los casquillos de goma? Ajuste según el patrón de movimiento del casquillo de goma.
¿Cuáles son los patrones de movimiento de los casquillos de suspensión?
La siguiente figura muestra el modelo de elementos finitos de un casquillo de suspensión específico bajo carga radial y el gráfico de contorno de los resultados del cálculo.
La curva de rigidez del casquillo (curva fuerza-desplazamiento) se compara con resultados experimentales, lo que demuestra aún más la validez del modelo FEM establecido. Como se puede ver en la figura: el análisis utilizando parámetros hiperelásticos identificados a partir de muestras de materiales demuestra una buena coherencia entre los resultados experimentales y analíticos en el diagrama de carga-desplazamiento.
A continuación, los resultados del análisis estructural anterior se transfieren al módulo de análisis de fatiga del software (en este caso utilizando el software FEMFAT de Magna ECS) y se comparan con los resultados de las pruebas de durabilidad. Las pruebas y el análisis demuestran una excelente consistencia tanto en la vida a fatiga como en la ubicación de las grietas.
En los resultados de las pruebas, las grietas se propagaron en la dirección circunferencial y se iniciaron desde la zona del material sometida simultáneamente a cargas axiales de tracción y compresión.
El diagrama de Haigh de los resultados de la simulación de fatiga para el casquillo de suspensión revela fractura bajo relaciones de tensión de compresión. Aunque las cargas de tracción y compresión se aplican por igual al material de caucho, el análisis indica que la falla finalmente se inicia bajo compresión.
La verificación y confirmación adicional han establecido una metodología de análisis de fatiga de componentes de caucho basada en curvas S-N y diagramas de Haigh.
[Establecimiento de un proceso eficiente de diseño de productos de vehículos mediante tecnología de análisis de fatiga] Aplicando la técnica de análisis de fatiga propuesta para componentes de caucho con aislamiento de vibraciones, se realizó un estudio paramétrico en componentes hechos del mismo material para investigar la relación entre la variación geométrica (volumen de caucho) y el rendimiento de durabilidad. La geometría de los componentes se derivó del diseño de la pieza original, con variaciones modeladas que incluyen:
● Aumento del 15% y 30% en el diámetro exterior;
● Aumento del 15% y 30% en los diámetros interior y exterior;
● 15% y 30% de alargamiento axial del componente.
Métodos de carga: cargas radiales y torsionales.
Se construyeron seis configuraciones geométricas distintas y dos modos de carga diferentes. Los resultados de la simulación se resumen a continuación:
(1) Carga de fuerza radial: seis formas modificadas más la forma original.
(2) Carga de desplazamiento torsional: seis formas modificadas más la forma original.
Las variaciones de tendencia de las dos figuras anteriores se resumen en la Tabla 1: "Tabla de correlación rendimiento-geometría".
Conclusiones de la investigación: cuando solo se aumenta el diámetro exterior, la durabilidad contra cargas radiales disminuye, la durabilidad torsional mejora y el rendimiento del resorte se suaviza. Cuando se aumentan los diámetros interior y exterior, mejora la durabilidad bajo cargas radiales y cargas de torsión, mientras que el rendimiento del resorte se suaviza. Cuando se aumenta la longitud axial, mejora la durabilidad bajo cargas radiales y cargas de torsión, y el rendimiento del resorte se vuelve más rígido.
Estos hallazgos se recopilan en la siguiente "Matriz de Desempeño":
Al calcular previamente la durabilidad y las características del resorte de varias variaciones de diseño a través de programas automatizados, la precisión del catálogo de rendimiento se puede mejorar aún más mediante actualizaciones continuas de datos.
Para los aisladores de vibraciones de caucho, los requisitos de rendimiento pueden apuntar a lograr un equilibrio óptimo entre la durabilidad de la carga radial y la durabilidad torsional, o la durabilidad torsional puede ser de particular importancia. Con respecto a las características de los resortes, si bien a menudo es deseable una tasa de resorte más suave para el ruido, la vibración y la comodidad de marcha, a veces son necesarios resortes relativamente más rígidos para garantizar la precisión del manejo y la estabilidad del vehículo. Dado que los datos de diseño de los componentes con atributos de rendimiento definidos se seleccionan de acuerdo con los objetivos de rendimiento de todo el vehículo (y estos atributos están intrínsecamente vinculados a los parámetros dimensionales), las dimensiones de los componentes se pueden aplicar ingeniería inversa a partir de las métricas de rendimiento deseadas. Este enfoque permite establecer objetivos de rendimiento durante la fase conceptual inicial del desarrollo del vehículo, incluso en ausencia de dibujos detallados, y permite derivar diseños aproximados de los componentes de caucho en función del rendimiento esperado. Al aprovechar este catálogo de rendimiento, las dimensiones de los componentes se pueden determinar desde el principio de acuerdo con las especificaciones de rendimiento, lo que elimina la necesidad de análisis FEM repetitivos, evita iteraciones de diseño y retrabajos durante las etapas de desarrollo detalladas y facilita la implementación rápida de una planificación de alta precisión.
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