Die Bauteilermüdungsanalyse ist ebenfalls in zwei Schritte unterteilt: Strukturanalyse und Ermüdungsanalyse.
Zunächst wird mit Abaqus/Explicit eine Strukturanalyse von Kfz-Aufhängungsbuchsen durchgeführt. Basierend auf dem numerischen Buchsenmodell werden Materialeigenschaften zugewiesen, eine Vernetzung durchgeführt und Lasten angewendet, um die alternierende Verformung entlang der vertikalen Achse innerhalb eines Sinuswellenzyklus zu berechnen und zu analysieren.
Wie werden Gummilager belastet? Entsprechend dem Bewegungsmuster der Gummibuchse einstellen.
Welche Bewegungsmuster haben Aufhängungsbuchsen?
Die folgende Abbildung zeigt das Finite-Elemente-Modell einer bestimmten Aufhängungsbuchse unter Radiallast und das Konturdiagramm der Berechnungsergebnisse.
Die Buchsensteifigkeitskurve (Kraft-Weg-Kurve) wird mit experimentellen Ergebnissen verglichen, was die Gültigkeit des etablierten FEM-Modells weiter beweist. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, zeigt die Analyse mit hyperelastischen Parametern, die aus Materialtestproben ermittelt wurden, eine gute Übereinstimmung zwischen experimentellen und analytischen Ergebnissen im Last-Verschiebungs-Diagramm.
Anschließend werden die Ergebnisse der oben genannten Strukturanalyse an das Ermüdungsanalysemodul der Software übertragen (in diesem Fall mithilfe der FEMFAT-Software von Magna ECS) und mit den Ergebnissen der Haltbarkeitstests verglichen. Der Test und die Analyse zeigen eine hervorragende Konsistenz sowohl bei der Ermüdungslebensdauer als auch bei der Risslokalisierung.
Die Versuchsergebnisse zeigten, dass sich Risse in Umfangsrichtung ausbreiteten und von der Materialzone ausgingen, die gleichzeitig axialen Zug- und Druckbelastungen ausgesetzt war.
Das Haigh-Diagramm der Ermüdungssimulationsergebnisse für die Aufhängungsbuchse zeigt Bruch unter Druckspannungsverhältnissen. Obwohl Zug- und Druckbelastungen gleichermaßen auf das Gummimaterial einwirken, deutet die Analyse darauf hin, dass das Versagen letztendlich unter Druck entsteht.
Durch die Verifizierung und weitere Bestätigung wurde eine Methode zur Analyse der Ermüdung von Gummikomponenten basierend auf Wöhlerkurven und Haigh-Diagrammen etabliert.
[Etablierung eines effizienten Fahrzeugproduktdesignprozesses durch Ermüdungsanalysetechnologie] Unter Anwendung der vorgeschlagenen Ermüdungsanalysetechnik für schwingungsisolierende Gummikomponenten wurde eine parametrische Studie an Komponenten aus demselben Material durchgeführt, um die Beziehung zwischen geometrischer Variation (Gummivolumen) und Haltbarkeitsleistung zu untersuchen. Die Komponentengeometrie wurde aus dem ursprünglichen Teiledesign abgeleitet, mit modellierten Variationen, darunter:
● 15 % und 30 % Vergrößerung des Außendurchmessers;
● 15 % bzw. 30 % Vergrößerung des Innen- und Außendurchmessers;
● 15 % und 30 % axiale Dehnung des Bauteils.
Belastungsmethoden: Radial- und Torsionslasten
Es wurden sechs verschiedene geometrische Konfigurationen und zwei verschiedene Belastungsmodi konstruiert. Die Simulationsergebnisse sind wie folgt zusammengefasst:
(1) Radiale Kraftbelastung: sechs modifizierte Formen plus die ursprüngliche Form.
(2) Torsionsverschiebungsbelastung: sechs modifizierte Formen plus die Originalform.
Die Trendabweichungen der beiden obigen Abbildungen sind in Tabelle 1 zusammengefasst: „Leistungs-Geometrie-Korrelationstabelle“.
Forschungsergebnisse: Wenn nur der Außendurchmesser vergrößert wird, nimmt die Haltbarkeit gegenüber radialen Belastungen ab, die Torsionshaltbarkeit verbessert sich und die Federleistung nimmt ab. Wenn sowohl der Innen- als auch der Außendurchmesser vergrößert werden, verbessert sich sowohl die Haltbarkeit unter Radiallasten als auch unter Torsionslasten, während die Federleistung nachlässt. Wenn die axiale Länge vergrößert wird, verbessert sich sowohl die Haltbarkeit unter radialen Belastungen als auch unter Torsionsbelastungen und die Federleistung wird steifer.
Diese Erkenntnisse sind in der folgenden „Performance Matrix“ zusammengefasst:
Durch die Vorabberechnung der Haltbarkeit und Federeigenschaften verschiedener Konstruktionsvarianten durch automatisierte Programme kann die Genauigkeit des Leistungskatalogs durch kontinuierliche Datenaktualisierungen weiter verbessert werden.
Bei Schwingungsisolatoren aus Gummi können die Leistungsanforderungen darauf abzielen, ein optimales Gleichgewicht zwischen Radiallastbeständigkeit und Torsionsbeständigkeit zu erreichen, oder die Torsionsbeständigkeit kann von besonderer Bedeutung sein. Was die Federeigenschaften anbelangt, so ist zwar häufig eine weichere Federrate für Geräusche, Vibrationen und Fahrkomfort wünschenswert, manchmal sind jedoch relativ steifere Federn erforderlich, um Fahrpräzision und Fahrzeugstabilität sicherzustellen. Da Komponentendesigndaten mit definierten Leistungsattributen entsprechend den Leistungszielen für das gesamte Fahrzeug ausgewählt werden – und diese Attribute untrennbar mit Dimensionsparametern verknüpft sind – können Komponentenabmessungen ausgehend von den gewünschten Leistungsmetriken rückentwickelt werden. Dieser Ansatz ermöglicht die Festlegung von Leistungszielen bereits in der ersten Konzeptphase der Fahrzeugentwicklung, auch wenn keine detaillierten Zeichnungen vorliegen, und ermöglicht die Ableitung ungefährer Layouts von Gummikomponenten auf der Grundlage der erwarteten Leistung. Durch die Nutzung dieses Leistungskatalogs können Komponentenabmessungen von Anfang an entsprechend den Leistungsspezifikationen bestimmt werden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit sich wiederholender FEM-Analysen, Vermeidung von Entwurfsiterationen und Nacharbeiten während detaillierter Entwicklungsphasen und eine schnelle Umsetzung einer hochpräzisen Planung.
VDI bietet qualitativ hochwertige und zuverlässige Produkte. Wir freuen uns über Ihren Kauf der VDI-Aufhängungsbuchse 7L0499035A.
