橡膠元件滿足等頻減振條件下的最大承載幅度的評估方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及橡膠元件的承載幅度評估分析技術，具體涉及一種橡膠元件滿足等頻 減振（不同承載工況下減振系統(tǒng)具有相同的減振效果或減振能力）條件下的最大承載幅度 (承載區(qū)域中最大承載位移與最小承載位移之差）的評估方法。
【背景技術】
[0002] 橡膠元件由于具有良好的減振能力，因而廣泛應用于軌道交通減振領域，公路汽 車減振領域以及風電減振領域等工程減振應用領域，一般來說，設計橡膠減振彈簧的剛度 特性時，通常通過對裝置橡膠減振彈簧的減振系統(tǒng)進行動力學計算，通過仿真結果確定某 一個或某幾個關鍵承載載荷點時的剛度大小，以此剛度值作為設計橡膠元件非線性剛度的 輸入依據(jù)；而設計橡膠元件時，則是利用橡膠形狀的可自由設計性和橡膠材料的可硫化成 型性，研發(fā)設計出滿足疲勞和非線性剛度要求的橡膠減振產品。
[0003] 在完成產品試制的同時，利用減隔振試驗臺，對橡膠元件在其關鍵的一個或者有 限個承載點下的減振性能進行隔振傳遞率試驗，并通過比較減振傳遞率曲線來判斷這幾個 承載點下的減振特性是否相同，顯然，這種方法只能對一個或者有限個承載點的減振特性 進行比較性測試，無法對其整個承載工況的減振性能進行完整性評估，而且進行減振傳遞 率試驗測試因為涉及到需要配置與承載工況完全等效的質量塊，因而試驗測試難度非常 大，因此，這種方法對評估橡膠元件在整個承載過程中的減振能力有其局限性，且這種局限 性主要表現(xiàn)為：（I)地鐵車輛或機車車輛所搭乘的顧客，每天、每趟的搭乘數(shù)量或者說等效 質量，是變化的，甚至是隨機變化的，因此設計減振產品的剛度時，試圖通過定義一個典型 載荷點或者幾個關鍵載荷點，并不能完整描述其所有的承載工況。（II)通過測試一個典型 載荷點或者幾個關鍵載荷點下的減振傳遞率曲線，顯然無法全面描述橡膠元件在其整個承 載階段的全部減振特性，而且產品在整個承載區(qū)域的減振能力，是否能夠達到與其典型工 況下的隔振能力一樣的隔振效果，也無法進行有效評估，更沒有一個可行的評估方法。
[0004] 現(xiàn)有的評估橡膠元件在承載時的減振性能的技術方案包括：方案一、配置與承載 工況完全等效的質量塊的基礎上，借助減振試驗臺對橡膠元件在1個或者有限個典型承載 工況下的減振性能進行隔振傳遞率測試；方案二、減振性能或減振效果以減振傳遞率曲線 表針出來，通過比較不同工況下的減振傳遞率曲線來判斷不同承載工況下的減振差異。但 是，上述評估橡膠元件在承載時的減振性能方法的缺點是：（I)、直接測試減振性能有局限 性和難度：利用減隔振試驗臺，進行減振性能測試，由于進行減振傳遞率試驗測試涉及到需 要配置與承載大小相吻合的質量塊，而定制與承載大小相等效的質量塊，需要花費較大的 時間和財力，而且試驗安裝的難度非常大，因而試驗測試的難度整體較大，而且試驗測試的 結果誤差也大。（II)、測試的僅是一個或幾個關鍵點的減振性能：通常是對橡膠元件在其關 鍵的一個或者有限個承載點下的減振性能進行隔振傳遞率試驗，并通過比較減振傳遞率曲 線來判斷這幾個承載點下的減振特性是否相同，因而比較的工況非常有限。（III)、不能全 面描述整個承載過程的減振性能：這種方法由于只能對一個或者有限個承載點的減振特性 進行比較性測試，從工作量的角度，也無法對其整個承載工況的減振性能進行完整性評估， 而且產品在整個承載區(qū)域的減振能力，是否能夠達到與其典型工況下的隔振能力一樣的隔 振效果，也無法進行有效評估，更沒有一個可行的評估方法。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題：針對現(xiàn)有技術的上述問題，提供一種能夠全面描述橡 膠元件整個承載過程中的減振性能，測試方法簡單、評估準確度高、測試工作量小的橡膠元 件滿足等頻減振條件下的最大承載幅度的評估方法。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：
[0007] -種橡膠元件滿足等頻減振條件下的最大承載幅度的評估方法，步驟包括：
[0008] 1)獲取橡膠元件本身所具有的載荷位移特性曲線；
[0009] 2)在所述載荷位移特性曲線中確定載荷點（X。，Y。)，將載荷點（X。，Y。）作為基礎輸 入點，建立理想等頻減振方程，所述理想等頻減振方程包括用于調整曲線變化的變量指數(shù) m ；
[0010] 3)調節(jié)變量指數(shù)m的取值，找到使得理想等頻減振方程的曲線、載荷位移特性曲 線達到最大幅度的吻合時變量指數(shù)m的取值，從而得到確定的理想等頻減振方程曲線；
[0011] 4)根據(jù)所述理想等頻減振方程曲線、橡膠元件的載荷位移特性曲線計算橡膠元件 滿足等頻要求的最小位移X ni和滿足等頻要求的最大位移X n;
[0012] 5)根據(jù)最小位移Xni和最大位移X n計算橡膠元件滿足等頻減振條件下的最大承載 幅度。
[0013] 優(yōu)選地，所述步驟2)中理想等頻減振的基礎方程的函數(shù)表達式如式（1)所示；
[0015] 式（1)中，y為理想等頻減振方程的值，X為理想等頻減振方程的自變量，（X。，Y0) 為理想等頻減振方程的基礎輸入點，m為用于調整曲線變化的變量指數(shù)。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟3)的詳細步驟包括：調整變量指數(shù)m的值，計算每一個變量指數(shù) m取值下載荷位移特性曲線的任意載荷點（XJ1)和理想等頻減振方程的任意載荷點（X，Yp) 之間的誤差找到載荷位移特性曲線和理想等頻減振方程之間最大誤差A _，查找使得 載荷位移特性曲線和理想等頻減振方程之間的最大誤差^ _小于預設誤差閾值時的變量 指數(shù)m的值，根據(jù)查找到的變量指數(shù)m的值得到確定的理想等頻減振方程曲線；
[0017] 優(yōu)選地，所述誤差&的計算函數(shù)表達式如式（2)所示；
[0019] 式（2)中，^為載荷位移特性曲線的任意載荷點（XJ1)和理想等頻減振方程的任 意載荷點（X，Y p)之間的誤差，Y1S載荷位移特性曲線中載荷點（X，Y1)的載荷值，Y p為理想 等頻減振方程中載荷點（X，Yp)的載荷值。
[0020] 優(yōu)選地，所述預設誤差閾值的值為5%。
[0021] 優(yōu)選地，所述調整變量指數(shù)m的值時，具體是指利用最少二乘法、以從小到大的方 式調整變量指數(shù)m的值。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟4)的詳細步驟包括：
[0023] 4. 1)以基礎輸入點（X。，Y。）作為基點，初始化位移變量N為1 ;
[0024] 4. 2)以所述確定的理想等頻減振方程曲線和橡膠元件的載荷位移特性曲線中位 移點比\小的區(qū)域方向作為當前位移方向，設置位移步長增量為Xc-0. 5N，其中X。為基礎輸 入點的位移量，N為正整數(shù)常量，向當前位移方向位移一個位移步長增量；
[0025] 4. 3)計算每一個變量指數(shù)m取值下載荷位移特性曲線的任意載荷點（X，Y1)和理 想等頻減振方程曲線的任意載荷點（X，Y p)之間的誤差找到載荷位移特性曲線和理想等 頻減振方程曲線之間最大誤差，判斷最大誤差小于或等于預設誤差閾值是否成 立，如果成立，則向當前位移方向位移0. 5個位移步長增量，跳轉執(zhí)行步驟4. 3);否則，將上 一次位移的位移位置作為橡膠元件滿足等頻要求的最小位移Xni;
[0026] 4. 4)以所述確定的理想等頻減振方程曲線和橡膠元件的載荷位移特性曲線中位 移點比\大的區(qū)域方向作為當前位移方向，設置位移步長增量為XC+0.5N，其中X。為基礎輸 入點的位移量，N為正整數(shù)常量，向當前位移方向位移一個位移步長增量；
[0027] 4. 5)計算每一個變量指數(shù)m取值下載荷位移特性曲線的任意載荷點（X，Y1)和理 想等頻減振方程曲線的任意載荷點（X，Y p)之間的誤差找到載荷位移特性曲線和理想等 頻減振方程曲線之間最大誤差，判斷最大誤差小于或等于預設誤差閾值是否成 立，如果成立，則向當前位移方向位移〇. 5個位移步長增量，跳轉執(zhí)行步驟4. 5);否則，將上 一次位移的位移位置作為橡膠元件滿足等頻要求的最大位移Χη。
[0028] 優(yōu)選地，所述步驟5)中計算橡膠元件滿足等頻減振條件下的最大承載幅度的函 數(shù)表達式如式（3)所示；
[0029] d = I (Xn-Xn) ⑶
[0030] 式（3)中，d為橡膠元件滿足等頻減振條件下的最大承載幅度，&為橡膠元件滿足 等頻要求的最大位移，X ni為橡膠元件滿足等頻要求的最小位移。
[0031] 本發(fā)明橡膠元件滿足等頻減振條件下的最大承載幅度的評估方法具有下述優(yōu)點： 針對現(xiàn)有技術僅通過利用減振試驗臺對橡膠減振系統(tǒng)進行試驗測試來獲得某一個或幾個 關鍵載荷點下的減振效果的不足，本發(fā)明通過仿真計算或實驗測試的手段來獲得橡膠元件 的載荷位移特性曲線，并利用等頻減振方程來擬合出理想化的基于等頻減振的載荷位移特 性曲線，最后通過對比產品實際的載荷位移特性曲線與基于理想等頻的載荷位移特性曲線 的吻合程度，從而計算出減振產品滿足等頻減振（不同承載工況下減振系統(tǒng)具有相同的減 振效果或減振能力）要求下的承載幅度（橡膠元件在滿足等頻減振條件下的這段承載區(qū)域 中最大承載位移與最小承載載荷之差），能夠通過仿真分析或者產品實驗所獲得的橡膠元 件的載荷位移特性曲線進行基于等頻減振幅度的評估，能夠全面描述橡膠元件整個承載過 程中的減振性能，具有測試方法簡單、評估準確度高、測試工作量小的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發(fā)明實施例方法的基本流程示意圖。
[0033] 圖2為本發(fā)明實施例得到的載荷位移特性曲線和理想等頻減振方程曲線。
【具體實施方式】
[0034] 如圖1所示，本實施例橡膠元件滿足等頻減振條件下的最大承載幅度的評估方法 的步驟包括：
[0035] 1)獲取橡膠元件本身所具有的載荷位移特性曲線（參見圖1中的test (EFA)減振 曲線），對橡膠元件本身所具有的載荷位移特性曲線，具體可以根據(jù)需要通過仿真分析或者 產品實驗測試的手段獲得，其中仿真分析可以使用ABAQUS、ANASYS等有限元仿真軟件；
[0036] 2)在載荷位移特性曲線中確定載荷點（X。，Y。)，將載荷點（X。，Y。）作為基礎輸入點， 建立理想等頻減振方程，理想等頻減振方程包括用于調整曲線變化的變量指數(shù)m;確定載 荷點（?,?時，一般為根據(jù)客戶或者設計者最為關心或關注的工況確定；
[0037] 3)調節(jié)變量指數(shù)m的取值，找到使得理想等頻減振方程的曲線、載荷位移特性曲 線達到最大幅度的吻合時變量指數(shù)m的取值，從而得到確定的理想等頻減振方程曲線（參 見圖1中的理想等頻減振曲線）；當理想等頻減振方程的曲線、載荷位移特性曲線達到最大 幅度的吻合時，吻合區(qū)域則是橡膠元