A análise de fadiga de componentes também é dividida em duas etapas: Análise Estrutural e Análise de Fadiga.
Primeiro, a análise estrutural de buchas de suspensão automotiva é realizada usando Abaqus/Explicit. Com base no modelo numérico da bucha, as propriedades do material são atribuídas, a malha é executada e as cargas são aplicadas para calcular e analisar a deformação alternada ao longo do eixo vertical dentro de um ciclo de onda senoidal.
Como aplicar cargas em buchas de borracha? Ajuste de acordo com o padrão de movimento da bucha de borracha.
Quais são os padrões de movimento das buchas de suspensão?
A figura a seguir mostra o modelo de elementos finitos de uma bucha de suspensão específica sob carga radial e o gráfico de contorno dos resultados do cálculo.
A curva de rigidez da bucha (curva força-deslocamento) é comparada com resultados experimentais, comprovando ainda mais a validade do modelo FEM estabelecido. Como pode ser visto na figura: a análise utilizando parâmetros hiperelásticos identificados a partir de corpos de prova de material demonstra boa consistência entre resultados experimentais e analíticos no diagrama carga-deslocamento.
Em seguida, os resultados da análise estrutural acima são transferidos para o módulo de análise de fadiga do software (neste caso usando o software FEMFAT da Magna ECS) e comparados com os resultados dos testes de durabilidade. O teste e a análise demonstram excelente consistência tanto na resistência à fadiga quanto na localização de trincas.
Nos resultados do teste, as fissuras se propagaram na direção circunferencial e iniciaram a partir da zona do material submetida simultaneamente a cargas axiais de tração e compressão.
O diagrama de Haigh dos resultados da simulação de fadiga para a bucha de suspensão revela fratura sob taxas de tensão de compressão. Embora as cargas de tração e compressão sejam aplicadas igualmente ao material de borracha, a análise indica que a falha começa sob compressão.
A verificação e confirmação adicional estabeleceram uma metodologia de análise de fadiga de componentes de borracha baseada em curvas S-N e diagramas de Haigh.
[Estabelecendo um processo eficiente de projeto de produto de veículo por meio da tecnologia de análise de fadiga] Aplicando a técnica de análise de fadiga proposta para componentes de borracha com isolamento de vibração, um estudo paramétrico foi conduzido em componentes feitos do mesmo material para investigar a relação entre variação geométrica (volume de borracha) e desempenho de durabilidade. A geometria do componente foi derivada do projeto original da peça, com variações modeladas incluindo:
● Aumento de 15% e 30% no diâmetro externo;
● Aumento de 15% e 30% nos diâmetros interno e externo;
● 15% e 30% de alongamento axial do componente.
Métodos de carregamento: cargas radiais e torcionais
Foram construídas seis configurações geométricas distintas e dois modos de carregamento diferentes. Os resultados da simulação são resumidos da seguinte forma:
(1) Carregamento de força radial: seis formas modificadas mais a forma original.
(2) Carga de deslocamento torcional: seis formas modificadas mais a forma original.
As variações de tendência das duas figuras acima estão resumidas na Tabela 1: "Tabela de Correlação Desempenho-Geometria".
Conclusões da pesquisa: Quando apenas o diâmetro externo é aumentado, a durabilidade contra cargas radiais diminui, a durabilidade torcional melhora e o desempenho da mola diminui. Quando os diâmetros interno e externo são aumentados, a durabilidade sob cargas radiais e de torção melhora, enquanto o desempenho da mola diminui. Quando o comprimento axial é aumentado, a durabilidade sob cargas radiais e de torção melhora e o desempenho da mola fica mais rígido.
Essas descobertas estão compiladas na seguinte "Matriz de Desempenho":
Ao pré-calcular a durabilidade e as características da mola de diversas variações de projeto por meio de programas automatizados, a precisão do catálogo de desempenho pode ser melhorada ainda mais por meio de atualizações contínuas de dados.
Para isoladores de vibração de borracha, os requisitos de desempenho podem ter como objetivo alcançar um equilíbrio ideal entre a durabilidade da carga radial e a durabilidade torcional, ou a durabilidade torcional pode ser de particular importância. Em relação às características da mola, embora uma taxa de mola mais suave seja frequentemente desejável para ruído, vibração e conforto de condução, às vezes são necessárias molas relativamente mais rígidas para garantir a precisão do manuseio e a estabilidade do veículo. Como os dados de projeto de componentes com atributos de desempenho definidos são selecionados de acordo com as metas de desempenho de todo o veículo – e esses atributos estão intrinsecamente ligados a parâmetros dimensionais – as dimensões dos componentes podem passar por engenharia reversa a partir das métricas de desempenho desejadas. Esta abordagem permite que metas de desempenho sejam estabelecidas durante a fase conceitual inicial do desenvolvimento do veículo, mesmo na ausência de desenhos detalhados, e permite que layouts aproximados de componentes de borracha sejam derivados com base no desempenho esperado. Ao aproveitar esse catálogo de desempenho, as dimensões dos componentes podem ser determinadas desde o início de acordo com as especificações de desempenho, eliminando a necessidade de análises FEM repetitivas, evitando iterações de projeto e retrabalho durante estágios detalhados de desenvolvimento e facilitando a rápida implementação de planejamento de alta precisão.
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