Examination of the Static and Dynamic Damping Properties of Air Springs by Method of Finite Elements

Hava Körüklerinin Statik ve Dinamik Sönümleme ÖzelliklerininSonlu Elemanlar Yöntemi ile İncelenmesi

Abstract

In terms of vehicle dynamics, the suspension system must maintain good ride quality and handling performance against roadirregularities, especially at high driving speeds. Air springs have been used in commercial vehicles and buses for many years tomaintain ride height and increase vehicle comfort regardless of load. Due to the air springs' material structure, they are not subjectedto unidirectional stresses during operation and exhibit non-linear behavior. The composite structure consists of four layers with cordfabric wrapped at opposite angles as two layers between inner and outer tires of different thickness. Therefore, the changes caused byloading alone are difficult to determine empirically. In this study, the static and dynamic damping properties of air springs, which are apart of the air suspension system, were investigated by both experimental and finite element methods. While determining the staticand dynamic damping properties, the reaction force values formed in the air springs due to different pressure and displacement wereused. Differences were observed in spring constants obtained from experimental and analytical studies during spring back aftercompression. After reaching the minimum height, a deviation of about 10% in the spring constant was observed when the backwardmovement started, and then a deviation of less than 6% was obtained. In experimental tests and analytical studies, it has beenobserved that the deflection values between the spring constants obtained as a result of instantaneous loading remain below 4% andthat FEA analysis can be used effectively in air spring analysis.

Özet

Araç dinamikleri açısından, süspansiyon sistemi, yüksek sürüş hızlarında yol düzensizliklerine karşı iyi sürüş kalitesini ve yol tutuşperformansını korumalıdır. Körükler, uzun yıllardır ticari araçlarda ve otobüslerde, sürüş yüksekliğini korumak ve yükten bağımsızolarak araç konforunu artırmak için kullanılmaktadır. Hava yayları malzeme yapısı nedeniyle, çalışma sırasında tek yönlü gerilmeleremaruz kalmazlar ve doğrusal olmayan davranış sergilerler. Kompozit yapı, farklı kalınlıktaki iç ve dış kauçuk arasında iki katmanolarak zıt açılarda sarılan kord bezinden oluşur. Bu yüzden tek başına yüklemenin neden olduğu değişikliklerin ampirik olarakbelirlenmesi zordur. Bu çalışmada hem deneysel hem de sonlu eleman yöntemleri ile havalı süspansiyon sisteminin bir parçası olanhava körüklerinin statik ve dinamik sönümleme özellikleri araştırılmıştır. Statik ve dinamik sönümleme özellikleri belirlenirken, farklıbasınç ve deplasmanlardan dolayı körüklerde oluşan reaksiyon kuvvet değerleri kullanılmıştır. Sıkıştırma sonrası geri yaylanmaesnasında deneysel ve analitik çalışmalardan elde edilen yay sabitlerinde farklılıklar gözlemlenmiştir. Minimum yüksekliğeulaşıldıktan sonra geri hareket başladığı anda yay sabitinde yaklaşık %10'luk bir sapma gözlemlenmiş, sonrasında %6'dan daha az birsapma değeri gözlemlenmiştir. Deneysel ve analitik çalışmalarda, anlık yükleme sonucunda elde edilen yay sabitleri arasındaki sapmadeğerleri %4'ün altında hava körüklerinde FEA analizinin etkin bir şekilde kullanılabileceği görülmüştür.