21036

۲۱۰۳۶

مدلسازي و تحليل بوش هاي لاستيكي با در نظر گرفتن وابستگي به فركانس و دامنه جابه جايي

كارشناسي ارشد

مهندسي ماشين ريلي

۱۳۹۵

۱۳۹۸/۶/۱۶

دكتر حبيب اله ملاطفي

راه آهن

امروزه با توجه به استفاده از وسايل نقليه، مسأله پايداري و كاهش ارتعاشات در صنعت ريلي اهميت ويژه‌اي دارد. المانهاي لاستيكي در سيستمهاي تعليق، ضربهگيرها، عايقها و غيره كاربردهاي گستردهاي دارند. با وجود كاربردهاي فراوان اجزاي لاستيكي، درك و پيشبيني رفتار واقعي آنها چالش برانگيز و پيچيده است. با توجه به ماهيت غيرخطي و خواص ويژه لاستيك، مدل‌هاي رياضي مختلفي توسعه داده شده‌اند. در اين پاياننامه، از مدل هايپر-ويسكوالاستيك براساس مدل ماكسول توسعهيافته استفاده شده است. مدل حاضر با نتايج آزمايشگاهي مرجع و مدل پيشفرض نرمافزار آباكوس مقايسه شده است. شبيهسازي عددي كار حاضر براي بوشهاي لاستيكي با درنظر گرفتن اثرات فركانس، دامنه و ميزان پركننده بر سختي ديناميكي و ميرايي و با استفاده از كد المان محدود (سابروتين يومت) انجام شده است. همچنين، براي مطالعه كارايي مدل وكد، هندسهي ديگري نيز مدلسازي شده است. نتايج نشان ميدهد كه كد حاضر با خطاي 10% نسبت به نتايج تجربي تطابق خوبي دارد. در حاليكه مقدار خطا براي مدل پيشفرض 40% است. اثرات نرخ كرنش و دامنه بر سختي ديناميكي و زاويه اتلاف (ميرايي) بررسي شده و نتايج حاكي از آن است كه با افزايش فركانس، سختي ديناميكي و ميرايي زياد ميشوند. افزايش دامنه جابهجاييها منجر به كاهش در سختي ديناميكي و ميرايي ميگردد. بيشترين ميرايي در دامنههاي كوچك و فركانسهاي متوسط مشاهده شده است. علاوه بر اين، پركننده موجب افزايش در سختي ديناميكي و ميرايي ميشود. واژه‌هاي كليدي: بوش لاستيكي، وابستگي به فركانس، سختي ديناميكي، المان محدود، مدل غيرخطي

1398/06/27

Modeling of Frequency and Amplitude Dependence Behavior of Rubber Bushings using FEA

9/18/2019 12:00:00 AM

Today, stability and vibration reduction is essential specifically in railway industry due to widespread use of transportation vehicles. Elastomeric materials are widely used for different applications such as shock absorbers, primary or second suspension, isolators etc. Despite prevalent applications of these materials, it is still challenging to understand and predict the actual behavior of rubber. Due to nonlinearity and unique properties of rubber, different constitutive models have been developed. In this study, a hyper-viscoelastic model based on generalized Maxwell is used. The model is compared with reference experimental rubber tests and Abaqus default model. Mechanical characteristic of the rubber bushing due to harmonic excitations is analyzed to clarify the stiffness and damping dependencies on the excitation frequency and the displacement amplitude using a UMAT subroutine in Abaqus. In order to investigate the efficiency of the Umat, another geometry is modeled. Comparisons between the subroutine model developed for this investigation and the existing experimental rubber bushing tests showed that the results are in good agreement with 10% error. However, the error value is more than 40% for the default model compared to experimental tests. Rate dependent and amplitude dependency behavior of rubber were studied and results showed that dynamic stiffness and phase angle decrease with increasing amplitude, whereas they increase with increasing frequency. Maximum phase angle were observed in low amplitudes and mid-frequencies. Furthermore, high filled natural rubber has higher dynamic stiffness and phase angle than low filled natural rubber. Keywords: Rubber bushing, Frequency dependence, Dynamic stiffness, Nonlinear model, Finite element analysis, filled rubber