اصول رفتار Viscoelastic در سیستم های خودرو

مواد Viscoelastic ترکیبی از جامدات الاستیک و رفتار مایعات چسبناک.در مهندسی خودرو، اجزای مانند ابریشم لاستیک، موتور، مرطوب کننده های ارتعاشات، سیل و فوم های صوتی متکی بر این دوگانگی منحصر به فرد است، بر خلاف مواد صرفا الاستیک، مواد حساس به تغییر شکل زمان تحت بار: آنها به آرامی پس از بارگیری (c) و سرعت در هنگام بازیابی زمان واقعی (کاهش سرعت) حرکت می کند.

پاسخ زمان: کریپ و آرامش استرس

کریپ افزایش تدریجی فشار را در طول زمان تحت استرس ثابت توصیف می کند.برای یک سیلور خودرو یا یک گلوله لاستیکی، خزش می تواند منجر به از دست دادن نیروی آبریزی استرس شود – کاهش تدریجی استرس تحت فشار مداوم – اجزایی مانند پیچ های پیش بارگذاری شده در ساختارهای کامپوزیت یا کمربندهای تنشی نیاز به قوانین جایگزینی دارند که حافظه مواد بارگیری آن را جذب می کنند.

دما و وابستگی فرکانس

رفتار Viscoelastic به شدت تحت تاثیر درجه حرارت و سرعت بارگذاری است. اصل ابررسانی زمان- دما (TTS) اجازه می دهد تا مهندسان منحنی های کارشناسی ارشد را بسازند که داده های تست را در فرکانس ها و دما با استفاده از معادله موتور محرک-Ferry (WLF) تغییر دهند، این اصل برای برنامه های خودرو ضروری است، زیرا یک جزء ممکن است در زمستان و 100 درجه سانتی گراد در مقایسه با اینکه چگونه عناصر فرکانس پایین از ورودی های فرکانس پایین از ورودی های فرکانسی به سیگنال های پایین در برابر اینکه چگونه ورودی های ورودی های فرکانس پایین از ورودی های فرکانس پایین از ورودی های فرکانس پایین هدایت می کنند، مشاهده کند.

مدل های جایگزین سنتی و محدودیت های آنها

مدل های اولیه با استفاده از چشمه ها و پاتها – مکسول، کلوین-ونیگت و جامد خطی استاندارد (SLS) – در کتاب های درسی پایه گذاری شده اند اما برای نیازهای مدرن خودرو کوتاه می شوند.

مدل ماکسول

یک بهار و نخ در سریال پیش بینی می کند که آرامش استرس به خوبی پیش بینی می شود اما نمی تواند به طور دقیق به زیر استرس دائمی به خود بگیرد، ماکسول جریان نامحدود را پیش بینی می کند که برای لاستیک های متقابل غیر واقعی است.

مدل کلوین-Voigt

یک بهار و خط در مدل های موازی خزه اما نمی تواند آرامش استرس را توصیف کند، همچنین پاسخ فوری الاستیک را که در جامدات واقعی در برابر کولستیک غایب است، پیش بینی می کند.

مدل استاندارد خطی Solid Model

اضافه کردن بهار دیگر به طور موازی با عنصر ماکسول مدل SLS را تولید می کند که به طور بهتر هم به حالت تعلیق و هم آرامش می پردازد، اما تنها از یک زمان آرامش استفاده می کند، بنابراین نمی تواند طیف گسترده ای از زمان های آرامش بخش را که در لاستیک های پر شده و ترکیبات پلیمری مورد استفاده در قطعات خودرو مشاهده می شود، نشان دهد.

این مدل های سنتی برای پیش بینی های ساده و کم فرکانس مناسب هستند اما تحت شرایط پیچیده، چند محوری و غیر خطی بارگیری معمول از SAE دوام و تجزیه و تحلیل قابل سقوط شکست.

مدل های پیشرفته ی یکپارچه برای شبیه سازی دقیق

برای رفع محدودیت های مدل های کلاسیک، محققان و توسعه دهندگان نرم افزار فرمول های پیچیده تری را معرفی کرده اند که با تجزیه و تحلیل عناصر محدود (FEA) و داده های تجربی سازگار هستند.

مدل کلی مکسول (Prony Series)

این مدل چندین عنصر ماکسول را به صورت موازی اضافه می کند، هر کدام با زمان و سختی آرام بخش مجزای از استرس (FLT:0G (t) بیان می شود.

[در این باره]

شاخص های سری Prony (G i، ⁇ i) از تجزیه و تحلیل مکانیکی پویا (DMA) در بسته های تجاری FEA مانند [FLT: ۱] و Abaqus، مدل کلی ماکسول استاندارد برای مواد لاستیک مانند است. آن را به طور دقیق در طول چندین دهه از زمان و فرکانس شبیه سازی، مشکلات شبیه سازی شدید و لرزش (NVH) جذب می کند.

مدل های انگیزشی

در حالی که مدل های سفارش صحیح از چشمه ها (لستیک) و پاتپات (viscosity)، مدل های مشتق شده نیمهال جایگزین خط تیره با یک Springpot که رابطه جایگزینی آن شامل یک مشتق سفارش جزئی از استرس یا فشار است. پارامتر α (0 وlt؛ α <؛ 1) بین الاستیک خالص (α = 0) و سری خالص (هنوز نیاز به این روش گسترده دارد.

مدل های فرعی به ویژه برای موادی که آرامش قدرت را نشان می دهند مفید هستند، مانند لاستیک کربن پر از سیاه که در لاستیک های لاستیک و لوله های هیدرولیک استفاده می شود.

مدل غیر خطی Viscoelastic

برای تغییر شکل های بزرگ و نرخ های فشار بالا - مانند در طول یک رویداد سقوط - وضوح نسبت بهcoelasticity شکست می خورد. مدل Schapery مفهوم کاهش زمان با معرفی عوامل تغییر وابسته به استرس را گسترش می دهد.این می تواند سخت شدن یا نرم کننده ای را که به عنوان پلیمر یا منبع بار رخ می دهد، توصیف کند.

مدل های استاندارد شده با دما

مدل های پیشرفته جایگزین شامل عملکرد تغییر WLF به طور مستقیم به زمان آرامش، آنها را وابسته به دما همراه با سری Prony، این اجازه می دهد تا یک کارت مواد واحد برای پوشش کل دمای عملیاتی از شروع سرد به خیس حرارتی کامل است.

اجرای در Finite Element Analysis

مدل های پیشرفته جایگزین به FEA از طریق subroutines مواد (UMAT، VUMAT) یا کتابخانه های داخلی یکپارچه شده اند.این فرایند شامل سه مرحله است:

  1. مشخصات تجربی: تست های DMA در فرکانس های متعدد و ذخیره سازی عملکرد و کاهش moduli.
  2. ]Parameter مناسب: الگوریتم های Curve-fit، ضریب سری Prony یا پارامترهای سفارش کسری را تعیین می کنند که خطا بین مدل و داده ها را به حداقل می رسانند.
  3. اعتباربخشی: تست های ساده (به عنوان مثال، فشرده سازی بوش) تأیید می کند که مدل کالیبره پیش بینی می کند که هیپی های نیرویی-نافرود به درستی پیش بینی می شود.

مهندسان باید اطمینان حاصل کنند که مدل برای نرخ بارگذاری مورد نظر معتبر است.برای مثال، یک بالش صندلی فوم ممکن است نیاز به هر دو hyperelasticity بزرگ و مدل های کوچک در مقابل قطار در برابرcoelasticity داشته باشد.

برنامه های خودرو در عمق

خودروهای مدرن به مدل های دقیق و دقیق در برابرcoelastic برای بهبود عملکرد، ایمنی و راحتی متکی هستند. مثال های زیر نشان می دهد که قوانین پیشرفته ای تفاوت قابل اندازه گیری را ایجاد می کنند.

سر و صدا، ارتعاش و هارشی (NVH)

موتور سوار، زیر فریم های ابریشم و آویزان کننده های اگزوز باید ارتعاشات را در محدوده فرکانس گسترده (5-500 هرتز) جدا کنند، مدل کلی ماکسول تنظیم شده با سری Prony اجازه می دهد تا مهندسان با استفاده از قله های مرطوب کننده هدف، نمونه اولیه را برای (FLT:0NVH اصلاح (FLT:1) طراحی کنند.

کاهش و جذب انرژی

جعبه های سقوط پلیمریک، لوله های پر شده فوم و جذب کننده با سرعت بالا تحت تاثیر تغییرات بزرگ قرار می گیرند (تا 100)1) مدل غیر خطی یا یک مدل هیپرکولاتیک وابسته به نرخ برای جذب سفت شدن فشار لازم است.

قابلیت دور بودن و پیش بینی زندگی خستگی

ایجاد گرما در اجزای محرک در هنگام بارگذاری چرخه منجر به نرم سازی مواد و شکست نهایی می شود. مدل های مشتق شده از محدوده می توانند ظهور دما را از نسل گرمای داخلی هیستریس پیش بینی کنند.این به مهندسان اجازه می دهد تا مسیرهای خنک کننده و فرمول های مواد برای نصب موتور و ابریشم را که باید میلیون ها چرخه زنده بمانند، بهینه سازی کنند.

مکانیک های تماس و تماس

پچ های روغن، پوشش دریچه و مهر و موم درب باید فشرده سازی را در طول سال حفظ کنند.تحریم وابسته به زمان باعث از دست دادن نیروی گیره می شود. مدل های پیشرفته تر در برابر هلی کوپتر پیش بینی می کنند که چقدر نیروی در طول عمر خودرو خراب می شود و طراحان را قادر می سازد تا نسبت های اولیه را مشخص کنند که حتی پس از دهه ها مهر و موم می کنند.

روند نوظهور در مدل سازی Viscoelastic برای خودرو

مرز مدل سازی یکپارچه با روش های مبتنی بر داده و رویکردهای چند مقیاسی تغییر می کند.

یادگیری ماشین و شبکه های عصبی شکل گرفته

شبکه های عصبی می توانند ارتباط استرس را مستقیما از داده های تجربی یاد بگیرند، با استفاده از اتصالات پارامتر سنتی، شبکه های عصبی فیزیکی آگاهانه (PINNs) معادلات تفاوت حاکم در برابر کاهش عملکرد، تولید مدل هایی که هر دو داده-فاشکار و فیزیکی سازگار هستند.

مدل سازی چند مقیاسی از لاستیک های پر شده

پرکننده های کربن سیاه و سیلیکا یک شبکه پیچیده ایجاد می کنند که قدرت آن را لاستیک می کند.مدل های جایگزین که شبیه سازی های مولکولی (MD) را به هم پیوند می دهند تا FEA را توسعه دهند، چنین مدل های چند مقیاسی می توانند پیش بینی کنند که چگونه تغییرات در بارگیری پرکننده بر خواص چسبناک تأثیر می گذارد و طراحی مواد مجازی برای لاستیک های کم درآمد و مقاومت بعدی را امکان پذیر می کند.

شبیه سازی های Multi Physics

سیستم های خودرو به طور فزاینده ای همراه هستند: پدیده های حرارتی، ساختاری و آکوستیک تعامل دارند. مدل های پیشرفته تر و محرکی که شامل وابستگی به دما و تولید گرما هستند، به عنوان مثال، عملکرد یک پد مرطوب کننده ترمز را می توان در سناریوهای ترمز واقع گرایانه ارزیابی کرد که در آن دمای از 20 درجه سانتیگراد به 400 درجه سانتیگراد در ثانیه افزایش می یابد.

نتیجه گیری

مدل های دقیق جایگزینی برای مواد در مقیاس مغناطیسی برای مهندسی مدرن خودرو ضروری هستند، در حالی که مدل های سنتی Spring-dashpot پایه های مفهومی را ارائه می دهند، آنها فاقد وفاداری مورد نیاز برای شبیه سازی پیش بینی NVH، قابلیت تصادف و دوام مدل های پیشرفته - جنرال مکسول ( سری های پیشرفته)، مشتق پیشرفته، Schapery nonlinear، و فرمول های دمایی مناسب هستند، زمانی که مهندسان آموزش و کارآمد می توانند با استفاده از این ابزار های چند منظوره را بهبود دهند.