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發(fā)動機作為運輸車輛的動力源，其固定支架與車架之間裝有橡膠懸置軟墊，作用主要是減緩車身、車廂的振動和保證萬向傳動裝置的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，保障乘坐的舒適性，提高汽車的使用壽命。如果這類軟墊失效(破損、斷裂或者脫落)，則使發(fā)動機與車架呈剛性聯(lián)接，失去減振和緩沖作用，無法吸收車輛行駛中的顛簸，發(fā)動機運轉(zhuǎn)時將發(fā)生振抖，而且在汽車加速和制動時，發(fā)動機前后竄動，容易導致機件破裂。但是在日常維護作業(yè)中，由于軟墊工作位置等方面的原因，車主和維修人員往往忽視對底盤懸置軟墊的檢查和維護。到失效后才知道，造成經(jīng)濟損失。
文中分析直列六缸柴油機懸置軟墊工作過程中的受力情況，建立軟墊的有限元分析模型，考慮橡膠材料的力學特性，將軟墊定義為超彈性材料模型，計算得到軟墊橫截面上應(yīng)力強度的分布規(guī)律，并對軟墊在循環(huán)載荷作用下的交變應(yīng)力強度進行分析，確定軟墊的疲勞源位置，對最終的斷裂面進行預測。
文獻給出四沖程柴油機單個氣缸一個工作周期內(nèi)曲柄銷所受的側(cè)向力和法向力的變化情況。直列六缸機六個氣缸合成后的力通過空間力學原理計算后，發(fā)動機機體水平和垂直方向的載荷分力在懸置軟墊支承處的變化曲線。發(fā)動機氣缸壓力測量間隔角為0.5，曲軸兩轉(zhuǎn)中共測了1440次。圖中所示為發(fā)動機某一轉(zhuǎn)速時所測數(shù)據(jù)，軟墊位置不同、發(fā)動機轉(zhuǎn)速不同，在圖中所表現(xiàn)的不同之處僅在于曲線的幅值。
懸置軟墊所用材料為天然橡膠。橡膠變形時具有幾何非線性和不可壓縮等特點，將材料考慮為超彈性材料模型，并假設(shè)材料為各向同性和等溫性的。超彈性材料的本構(gòu)模型通常以應(yīng)變能勢函數(shù)表示，應(yīng)變能勢函數(shù)以應(yīng)變不變量或主伸長率表示。在已有的幾種本構(gòu)理論中，取兩參數(shù)Mooney-Rivlin應(yīng)變能密度函數(shù)。
用于進行有限元分析的懸置軟墊中橡膠體的單元類型為HYPER58。這是一種八節(jié)點單元，用于三維超彈性固體結(jié)構(gòu)建模，適用于具有任意大位移和應(yīng)變的近乎不可壓縮的橡膠類材料。而其中鋼板所選用的單元為八節(jié)點三維塊單元SOLID45。
前后懸置軟墊的示意圖及其單元模型，由于結(jié)構(gòu)及受力的對稱性，后軟墊的半個模型，YOZ為結(jié)構(gòu)的對稱面。在有限元計算時，為防止由于橡膠體的大變形而引起結(jié)構(gòu)自接觸，需要在相應(yīng)節(jié)點的相應(yīng)方向上施加位移約束。在每個模型的鋼板和橡膠接觸面上建立接觸對，類型為永不分離的粘結(jié)，這主要是為了和零件的制造要求(發(fā)生斷裂時，鋼板上必須有附著的橡膠)相協(xié)調(diào)，保證結(jié)構(gòu)斷裂不會沿著兩種材料的界面發(fā)生。加載時前軟墊的載荷沿：向加在螺栓和銷釘?shù)南鄳?yīng)節(jié)點上，沿Y向加在鋼板的相應(yīng)節(jié)點上；后軟墊的載荷加加載面的相應(yīng)節(jié)點，沿平行和垂直于加載面兩個方向?qū)Y(jié)構(gòu)進行分析，結(jié)果表明，整個加載過程中，平行于OZ平面的所有平面上應(yīng)力分布情況是一致的。
前后懸置軟墊中與YOZ面平行的一個面上的應(yīng)力強度分布云圖中可看出，結(jié)構(gòu)在垂直于X軸方向的每一個面內(nèi)，有兩個區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力強度相對比較大，分別位于橡膠與上下兩塊鋼板交界面處，結(jié)構(gòu)使用時這兩個區(qū)域是疲勞失效最先發(fā)生的地方，成為結(jié)構(gòu)的疲勞源。從圖中還可看出，平面內(nèi)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力強度呈明顯的帶狀分布，雖然橡膠與鋼板的接觸面附近橡膠體的應(yīng)力強度比較大，但制造要求不允許沿兩種材料的交界面裂開，因此，斷裂應(yīng)該是首先發(fā)生在圖中1和2所示的位置，然后沿著兩者連線斜向擴展，最終的斷裂面是貫穿圖中A區(qū)的斜面。
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