基于Payne效应的膜式空气弹簧非线性动刚度模型

本文中提出了一种考虑气囊橡胶Payne效应和热力学等效刚度阻尼滞回特性的膜式空气弹簧非线性动刚度模型，以解决空气弹簧动刚度非线性建模难题，并为气囊结构设计与材料选择提供理论依据。首先，通过示功试验对动刚度实部和虚部进行参数识别，表明在小振幅下，气囊橡胶Payne效应会引起动刚度的增大，并验证了不同振幅和频率激励下模型的正确性。接着，从振幅和频率两个维度给出了各解耦变量贡献度变化趋势的物理解释。结果显示，气囊橡胶的Payne效应使动刚度实部随振幅增大而减小，虚部随振幅增大呈现先增大后逐渐减小的趋势；气体刚度和由热交换产生的等效阻尼会使动刚度实部随频率升高逐渐增大，虚部随频率升高先增大后减小。最后给出了一个反映橡胶气囊动刚度贡献率的膜式空气弹簧新的评价指标，可直接表征空气弹簧低幅动态性能和结构设计与材料选择的优劣。试验表明，该值主要随振幅增加明显下降，橡胶气囊在低振幅时产生的刚度不可忽视。