一种基于有限元的液阻悬置上液室体积刚度计算方法技术领域
本发明涉及一种基于有限元的液阻悬置上液室体积刚度计算方法，属于汽车发动
机减振元件技术领域。
背景技术
汽车发动机液阻悬置是汽车上重要的减振、隔振元件，它起到固定并支撑机车动
力总成、隔离发动机本身及路面冲击带来的振动等作用。动力总成隔振对悬置元件提出的
两个基本而又相互矛盾的要求，即对动力总成悬置提出了“低频域具有高刚度大阻尼、高频
域具有低刚度小阻尼”这两个基本的而又相互矛盾的要求。液阻悬置的结构参数是影响液
阻悬置减振性能的主要参数，如何确定这些参数以获得良好的减振性能一直是悬置设计的
难点和重点。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于有限元的液阻悬置上液
室体积刚度计算方法，解决了现有液阻悬置设计过程中结构参数难确定的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于有限元的液阻悬置上液室体积刚度计算方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤1)建立液阻悬置上液室几何模型；
步骤2)分别对上液室结构中的支撑体、橡胶主簧、金属骨架与上液室内液体添加
材料属性；
步骤3)分别对上支撑体、橡胶主簧、金属骨架与上液室内液体划分网格；设置支撑
体、橡胶主簧、金属骨架三者的边界为网格共节点；
步骤4)对支撑体、橡胶主簧、金属骨架添加边界条件；
步骤5)对有限元模型进行迭代求解，获取不同压力变化下上液室的体积变化，得
出上液室的均布压力，通过液阻悬置上液室几何模型底面的位移和底面的面积求出流进上
液室的液体体积；
步骤6)计算得出上液室的体积刚度，即上液室压力变化与上液室体积变化之比。
进一步地，所述步骤1)建模时沿液阻悬置螺栓安装面法线方向切割液阻悬置上液
室，将液阻悬置上液室三维模型转化为二维平面模型，删除非关键的细小特征。
进一步地，所述步骤2)中在材料库中具体添加的材料属性为：添加支撑体为铸铝
材质；添加橡胶主簧为天然橡胶材料；添加金属骨架为45钢材料；添加上液室内液体为乙二
醇溶液。
进一步地，所述步骤3)中划分网格时采用三节点的三角形网格模型和Advanced
Front Tri Tools网格划分工具。
进一步地，所述步骤4)中添加的边界条件具体为：
设定金属骨架底部为固定支撑，其六个方向的自由度均为0；
液阻悬置上液室几何模型的下端面为速度载荷的加载平面；
橡胶主簧的内腔与液体相接触的表面定义为液—固耦合面；
将橡胶主簧的内腔与液体相接触的表面定义为液—固耦合面，将液体连续性方
程、动量方程以及橡胶材料的动力学方程在空间上进行离散，得出液固耦合边界上的运动
学和动力学条件，即液固耦合系统有限元分析的方程。
本发明所达到的有益效果：本发明可有效地提升液阻悬置的动态特性，满足汽车
发动机悬置系统对悬置元件的动态特性要求，提高液阻悬置的开发效率，缩短开发成本以
及开发周期。
附图说明
图1是液阻悬置上液室体积刚度计算流程图；
图2是液阻悬置上液室结构示意图；
图3是橡胶材料的应力－应变曲线与Mooney模型拟合曲线；
图4是液阻悬置上液室网格模型示意图；
图5是液阻悬置上液室体积刚度计算的边界条件示意图；
图6是不同压力作用下液阻悬置上液室体积变化示意图。
图中附图标记的含义：
1-连接螺栓，2-支撑体，3-橡胶主簧，4-金属骨架，5-上液室，6-铸铝，7-橡胶，8-
钢。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明
的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明涉及一种基于有限元的液阻悬置上液室体积刚度计算方法，具体通过实施
例来进行说明：
步骤1)建立液阻悬置上液室几何模型(下面简称为液体模型)，在这过程种需沿液
阻悬置螺栓安装面法线方向切割液阻悬置上液室，将液阻悬置上液室三维模型转化为二维
平面模型，并删除非关键的细小特征，包括倒角、圆角等。
步骤2)分别对上液室结构包括支撑体、橡胶主簧、金属骨架与上液室内液体添加
材料属性。
本实施例中，具体为在材料库中添加支撑体为铸铝材质；添加金属骨架为45钢材
料；上液室内液体为乙二醇溶液，设定其为不可压缩流体，其粘性系数为21mPa.s，密度为
1.113×103kg/m3；橡胶主簧为天然橡胶材料，其为超弹性材料，表现出较强的非线性以及不
可压缩和各向同性的弹性特性，下面为了得出该材料的本构方程，即应力应变关系，对其进
行单轴拉伸试验，采用Mooney-Rivilin模型来计算天然橡胶的应变能函数，拟合Mooney-
Rivilin模型参数，计算过程如下：
首先制取橡胶材料的哑铃试片，对其进行单轴拉伸试验，得出其应力应变变化关
系。根据Mooney-Rivilin模型的应变能函数为其中
i、j为自然数，两者之和为1到N的正整数，Cij为由材料试验计算得到的材料参数，k为体积模
数，I1、I2和I3分别为一阶、二阶和三阶应变不变量，I1、I2和I3可由三个主应力方向上的伸长
比λ1、λ2和λ3来进行计算。
对于单轴拉伸状态，主应力方向上的伸长比λ1、λ2和λ3可表示为：λ1＝λu，
λu为单轴拉伸试验时拉伸方向上橡胶材料的伸长比。
选用3参数Mooney－Rivilin材料模型来对天然橡胶的本构关系进行拟合。其应变
能为：W＝C10(I1-3)+C01(I1-3)+C11(I1-3)(I2-3)，C10、C01和C11可由橡胶材料单轴拉伸试验拟
合得到，其值分别为-0.438，1.537与0.132。
步骤3)采用三节点的三角形网格模型和Advanced Front Tri Tools网格划分工
具分别对上支撑体、橡胶主簧、金属骨架与上液室内液体划分网格；设置支撑体、橡胶主簧、
金属骨架三者的边界网格共节点。
步骤4)添加边界条件：
设定金属骨架底部为固定支撑，其六个方向的自由度均为0；
液体模型的下端面为速度载荷的加载平面；
橡胶主簧的内腔与液体相接触的表面定义为液—固耦合面；将橡胶主簧的内腔与
液体相接触的表面定义为液—固耦合面，将液体连续性方程、动量方程以及橡胶材料的动
力学方程在空间上进行离散，得出液固耦合边界上的运动学和动力学条件，即可得到液固
耦合系统有限元分析的方程。
步骤5)对有限元模型进行迭代求解，获取不同压力变化下上液室的体积变化，具
体内容如下：
对有限元模型进行迭代求解，得出上液室的均布压力；通过液体模型底面的位移
和液体模型底面的面积求出流进上液室的液体体积。
步骤6)计算得出上液室压力变化与上液室体积变化之比，其值即为上液室体积刚
度，本实例中上液室的体积刚度为2.423×109N/m5。
通过本发明所述的方法，可以解决现有液阻悬置设计过程中结构参数难确定的问
题，本发明可有效地提升液阻悬置的动态特性，满足汽车发动机悬置系统对悬置元件的动
态特性要求，提高液阻悬置的开发效率，缩短开发成本以及开发周期。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形
也应视为本发明的保护范围。