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發(fā)動(dòng)機(jī)作為運(yùn)輸車輛的動(dòng)力源，其固定支架與車架之間裝有橡膠懸置軟墊，作用主要是減緩車身、車廂的振動(dòng)和保證萬向傳動(dòng)裝置的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，保障乘坐的舒適性，提高汽車的使用壽命。如果這類軟墊失效(破損、斷裂或者脫落)，則使發(fā)動(dòng)機(jī)與車架呈剛性聯(lián)接，失去減振和緩沖作用，無法吸收車輛行駛中的顛簸，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將發(fā)生振抖，而且在汽車加速和制動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)前后竄動(dòng)，容易導(dǎo)致機(jī)件破裂。但是在日常維護(hù)作業(yè)中，由于軟墊工作位置等方面的原因，車主和維修人員往往忽視對(duì)底盤懸置軟墊的檢查和維護(hù)。到失效后才知道，造成經(jīng)濟(jì)損失。
文中分析直列六缸柴油機(jī)懸置軟墊工作過程中的受力情況，建立軟墊的有限元分析模型，考慮橡膠材料的力學(xué)特性，將軟墊定義為超彈性材料模型，計(jì)算得到軟墊橫截面上應(yīng)力強(qiáng)度的分布規(guī)律，并對(duì)軟墊在循環(huán)載荷作用下的交變應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行分析，確定軟墊的疲勞源位置，對(duì)最終的斷裂面進(jìn)行預(yù)測。
文獻(xiàn)給出四沖程柴油機(jī)單個(gè)氣缸一個(gè)工作周期內(nèi)曲柄銷所受的側(cè)向力和法向力的變化情況。直列六缸機(jī)六個(gè)氣缸合成后的力通過空間力學(xué)原理計(jì)算后，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體水平和垂直方向的載荷分力在懸置軟墊支承處的變化曲線。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壓力測量間隔角為0.5，曲軸兩轉(zhuǎn)中共測了1440次。圖中所示為發(fā)動(dòng)機(jī)某一轉(zhuǎn)速時(shí)所測數(shù)據(jù)，軟墊位置不同、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同，在圖中所表現(xiàn)的不同之處僅在于曲線的幅值。
懸置軟墊所用材料為天然橡膠。橡膠變形時(shí)具有幾何非線性和不可壓縮等特點(diǎn)，將材料考慮為超彈性材料模型，并假設(shè)材料為各向同性和等溫性的。超彈性材料的本構(gòu)模型通常以應(yīng)變能勢函數(shù)表示，應(yīng)變能勢函數(shù)以應(yīng)變不變量或主伸長率表示。在已有的幾種本構(gòu)理論中，取兩參數(shù)Mooney-Rivlin應(yīng)變能密度函數(shù)。
用于進(jìn)行有限元分析的懸置軟墊中橡膠體的單元類型為HYPER58。這是一種八節(jié)點(diǎn)單元，用于三維超彈性固體結(jié)構(gòu)建模，適用于具有任意大位移和應(yīng)變的近乎不可壓縮的橡膠類材料。而其中鋼板所選用的單元為八節(jié)點(diǎn)三維塊單元SOLID45。
前后懸置軟墊的示意圖及其單元模型，由于結(jié)構(gòu)及受力的對(duì)稱性，后軟墊的半個(gè)模型，YOZ為結(jié)構(gòu)的對(duì)稱面。在有限元計(jì)算時(shí)，為防止由于橡膠體的大變形而引起結(jié)構(gòu)自接觸，需要在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)方向上施加位移約束。在每個(gè)模型的鋼板和橡膠接觸面上建立接觸對(duì)，類型為永不分離的粘結(jié)，這主要是為了和零件的制造要求(發(fā)生斷裂時(shí)，鋼板上必須有附著的橡膠)相協(xié)調(diào)，保證結(jié)構(gòu)斷裂不會(huì)沿著兩種材料的界面發(fā)生。加載時(shí)前軟墊的載荷沿：向加在螺栓和銷釘?shù)南鄳?yīng)節(jié)點(diǎn)上，沿Y向加在鋼板的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上；后軟墊的載荷加加載面的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，沿平行和垂直于加載面兩個(gè)方向?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，整個(gè)加載過程中，平行于OZ平面的所有平面上應(yīng)力分布情況是一致的。
前后懸置軟墊中與YOZ面平行的一個(gè)面上的應(yīng)力強(qiáng)度分布云圖中可看出，結(jié)構(gòu)在垂直于X軸方向的每一個(gè)面內(nèi)，有兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力強(qiáng)度相對(duì)比較大，分別位于橡膠與上下兩塊鋼板交界面處，結(jié)構(gòu)使用時(shí)這兩個(gè)區(qū)域是疲勞失效最先發(fā)生的地方，成為結(jié)構(gòu)的疲勞源。從圖中還可看出，平面內(nèi)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力強(qiáng)度呈明顯的帶狀分布，雖然橡膠與鋼板的接觸面附近橡膠體的應(yīng)力強(qiáng)度比較大，但制造要求不允許沿兩種材料的交界面裂開，因此，斷裂應(yīng)該是首先發(fā)生在圖中1和2所示的位置，然后沿著兩者連線斜向擴(kuò)展，最終的斷裂面是貫穿圖中A區(qū)的斜面。
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