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Charakterisierung und Modellbildung des Elastomerlagerverhaltens bei Betriebs- und Sonderlasten

Riedel, Frieder (2021):
Charakterisierung und Modellbildung des Elastomerlagerverhaltens bei Betriebs- und Sonderlasten. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00017764,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Charakterisierung und Modellbildung des Elastomerlagerverhaltens bei Betriebs- und Sonderlasten
Language: German
Abstract:

Virtuelle Methoden dienen in der betriebsfesten Bemessung des Fahrwerks in verschiedenen Entwicklungsphasen der Optimierung der Bauteile, um den Reifegrad der ersten Prototypen zu erhöhen und damit die Entwicklungskosten und -zeit zu senken. Die im Rahmen der Betriebsfestigkeitsabsicherung notwendigen Schnittlasten werden mittels der Methode der Mehrkörpersimulation ermittelt. Das Mehrkörpermodell des Gesamtfahrzeugs umfasst neben den flexiblen Fahrwerksbauteilen diverse Komponentenmodelle. Darin inbegriffen ist das Elastomerlagermodell. Elastomerlager fungieren in der Fahrwerkstruktur als komfort- und abstimmungsrelevantes Koppelelement und übertragen die fahrbahn- und manövererregten Radlasten in den Aufbau. Dabei beeinflussen sie mit ihren elastischen und dämpfenden Eigenschaften das Schwingverhalten der Achse und damit die resultierenden Schnittlasten. Eine aktuelle Herausforderung ist die Steigerung der Prognosefähigkeit der Simulation im hohen Lastbereich. Das Verhalten der Elastomerlager in diesem Lastbereich ist unzureichend untersucht. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit der Charakterisierung und Modellierung des Übertragungsverhaltens der Fahrwerkelastomerlager im Bereich der Betriebs- und Sonderlasten. Das Übertragungsverhalten bei Betriebs- und Sonderlasten ist durch eine starke Nichtlinearität und eine ausgeprägte, quasistatische Hysterese gekennzeichnet. Der Kraftanstiegsgradient der Hysterese variiert in Abhängigkeit der eingeleiteten Last. Daraus folgt eine erhöhte Energiedissipation im hohen Lastbereich. Die Modellierung der identifizierten Elastomerlagereffekte erfolgt mit rheologischen Ersatzmodellen. Die in der Literatur und Industrie bestehenden Modelle weisen erhebliche Schwächen hinsichtlich des real auftretenden Lagerverhaltens auf. Aus diesem Grund wird eine neue Elastomerlagermodellierung eingeführt und validiert, welche die Abbildungsgüte der Verlustarbeit im stark nichtlinearen Bereich der Lager erhöht. Ferner wird der Einfluss der Elastomerlagermodellierung auf die Schnittlasten aufgezeigt, der im Besonderen im hohen Lastbereich zu beobachten ist. Durch das neu eingeführte Elastomerlagermodell mit erhöhter dissipativer Arbeit im hohen Lastbereich wird grundsätzlich eine Steigerung der MKS-Simulationsgüte im Rahmen der virtuellen Schnittlastermittlung erzielt.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Virtual methods are used to optimize the components in the durable design of the chassis at various stages of vehicle development in order to increase the maturity of the first prototypes and thus reduce the development costs and time. The cutting loads required in the context of fatigue strength analysis are determined by means of the multibody simulation (MBS) method. In addition to the flexible chassis components, the multi-body model of the entire vehicle includes various component models. This includes the elastomer bushing model. Elastomer bushings act as a comfort- and tuning-relevant coupling element in the chassis structure and transfer the road- and manoeuvre-excited wheel loads into the bodywork. With their elastic and damping properties, they influence the vibration behavior of the axis and thus the resulting cutting loads. A current challenge is to increase the predictive capability of the simulation in the high load range. The behaviour of the elastomer bushings in this load range is insufficiently investigated. The present work therefore deals with the characterization and modelling of the transmission behavior of the chassis elastomer bushings in the field of operating and special loads. The transmission behavior during operating and special loads is characterized by a strong nonlinearity and a pronounced hysteresis. The increase in the force gradient of hysteresis varies depending on the initiated load. This results in increased energy dissipation in the high load range. The modelling of the identified elastomer bushing effects is carried out with rheological analogous models. The models in literature and industry show considerable weaknesses in terms of the actual dissipative bushing behavior. For this reason, a new elastomer bushing modeling is proposed and validated, which increases the calculation quality of the loss work in the strongly nonlinear area of the bushings. In addition, the influence of elastomer bushing modelling on the cutting loads is shown, which can be observed in particular in the special event excitation. The newly introduced elastomer bushing model with increased dissipative work in the high load range basically achieves an increase in the MBS-simulation quality within the framework of virtual cutting load determination.

English
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xx, 160 Seiten
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Research group System Reliability, Adaptive Structures, and Machine Acoustics (SAM)
Date Deposited: 15 Apr 2021 08:02
Last Modified: 15 Apr 2021 08:02
DOI: 10.26083/tuprints-00017764
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-177648
Referees: Melz, Prof. Dr. Tobias ; Baaser, Prof. Dr. Herbert
Refereed: 27 January 2021
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/17764
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