تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

تخمین طول عمر خستگی دسته‌موتورهای لاستیکی موتور درون‌سوز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
10.22034/er.2026.2078883.1121
چکیده
هدف این مقاله ارائه روشی برای تخمین عمر خستگی دسته‌موتورهای لاستیکی موتورهای درون‌سوز بر اساس مؤلفه‌های ارزیابی آسیب خستگی است. در گام نخست، به‌منظور تعیین خواص مکانیکی و تشکیل معادلة ساختاری لاستیک مورد استفاده در دسته‌موتور، آزمون‌های کشش تک‌محوره، فشار تک‌محوره و کشش صفحه‌ای انجام شد و الگوی مونی-ریولین برای توصیف رفتار ابرکشسان ماده به‌کار گرفته شد. سپس، آزمون‌های عمر خستگی تحت شرایط آزمایشگاهی مشخص بر روی نمونه‌های دمبلی سه‌بعدی و دسته‌موتور به‌منظور استخراج داده‌های تجربی عمر خستگی اجرا گردید. در ادامه، مؤلفه‌های ارزیابی آسیب خستگی شامل چگالی انرژی کرنشی، تنش مؤثر، کرنش اصلی گرین-لاگرانژ، کرنش آلمانسی-اویلر و کرنش برشی هشت‌وجهی با استفاده از روش اجزا محدود و تحت شرایط بارگذاری مطابق با آزمون‌های عمر خستگی برای نمونة دمبلی سه‌بعدی و دسته‌موتور محاسبه شدند. سپس با برازش منحنی توزیع توانی بین مؤلفه‌های محاسبه‌شده و عمر خستگی تجربی نمونة دمبلی سه‌بعدی، الگوهای تخمین عمر خستگی تشکیل شدند. در نهایت، با جای‌گذاری مقادیر محاسبه‌شده مؤلفه‌های آسیب خستگی دسته‌موتور در الگوهای متناظر، عمرهای خستگی تخمینی دسته‌موتور به‌دست آمدند و با نتایج تجربی مقایسه شدند. محاسبه ضریب همبستگی برای هر الگو نشان داد که الگوی مبتنی بر کرنش برشی هشت‌وجهی و کرنش اصلی گرین-لاگرانژ بهترین دقت را در پیش‌بینی عمر خستگی دسته‌موتور دارند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Fatigue life prediction of a rubber engine mount for internal combustion engines

نویسندگان English

Ali Daraie Nezhad Fard
Seyed Mohammad Jafari
Abbas Rahi
Department of Mechanical and Energy Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده English

This study aims to present a method for accurately estimating the fatigue life of rubber engine mounts used in internal combustion engines on the basis of fatigue damage evaluation parameters. First, to determine the mechanical properties and establish the constitutive equation of the rubber used in the engine mount, uniaxial tension, uniaxial compression, and planar tension tests were performed, and the Mooney–Rivlin model was employed to describe the hyperelastic behavior of the material. Subsequently, fatigue life tests were conducted on three-dimensional (3D) dumbbell specimens and engine mounts under specified laboratory conditions in order to obtain experimental fatigue life data. Next, the fatigue damage evaluation parameters—including the strain energy density, effective stress, Green–Lagrange principal strain, Euler–Almansi strain, and octahedral shear strain—were computed using the finite element method under loading conditions identical to those of the fatigue life tests for both the 3D dumbbell specimen and the engine mount. Fatigue life estimation models were then developed by fitting a power-law relationship between the calculated parameters and the experimental fatigue life of the 3D dumbbell specimen. Finally, by substituting the computed fatigue damage parameters of the engine mount into the corresponding models, the estimated fatigue lives of the engine mount were obtained and compared with the experimental results. Calculation of the correlation coefficient for each model revealed that the model based on the Green–Lagrange principal strain provides the highest accuracy in predicting the fatigue life of the engine mount.

کلیدواژه‌ها English

Fatigue Life Prediction
Rubber Engine Mount
Fatigue Damage Evaluation
[1]     Shangguan WB. Engine mounts and powertrain mounting systems: a review. International Journal of Vehicle Design. 2009 Jan 1;49(4):237-58. doi: 10.1504/IJVD.2009.024956
[2]     Sachdeva DS, Hadi R. Effect of engine mounting strategy on vehicle NVH. InNoise & Vibration Conference and Exhibition 2003 May 5. doi: 10.4271/2003-01-1467
[3]     Porgoo MA, Mashadi B, Kakaee A. Powertrain mounting system optimization to improve vibration behavior for EF7 engine. The Journal of Engine Research. 2019 Jan 21;53(53):55-68. [In Persian]
[4]     Moradi Kelardeh SH, Hosseini SV, Sadeghi A. Fatigue life improvement of engine mounting bracket using cumulative fatigue test and numerical modeling. The Journal of Engine Research. 2019;55(55):29–37. [In Persian]
[5]     Woo CS, Kim WD, Kwon JD. A study on the material properties and fatigue life prediction of natural rubber component. Materials Science and Engineering: A. 2008 Jun 15;483:376-81. doi: 10.1016/j.msea.2006.09.189
[6]     Harbour RJ, Fatemi A, Mars WV. Fatigue life analysis and predictions for NR and SBR under variable amplitude and multiaxial loading conditions. International Journal of Fatigue. 2008 Jul 1;30(7):1231-47. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2007.08.015
[7]     Li Q, Zhao JC, Zhao B. Fatigue life prediction of a rubber mount based on test of material properties and finite element analysis. Engineering failure analysis. 2009 Oct 1;16(7):2304-10. doi: 10.1016/j.engfailanal.2009.03.008
[8]     Ro HS. Modeling and interpretation of fatigue failure initiation in rubber related to pneumatic tires [doctoral dissertation]. West Lafayette (IN): Purdue University; 1989.
[9]     Zine A, Benseddiq N, Abdelaziz MN, Hocine NA, Bouami D. Prediction of rubber fatigue life under multiaxial loading. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2006 Mar;29(3):267-78. doi: 10.1007/1-4020-4972-2_380
[10]    Ayoub G, Naït-Abdelaziz M, Zaïri F. Multiaxial fatigue life predictors for rubbers: Application of recent developments to a carbon-filled SBR. International Journal of Fatigue. 2014 Sep 1;66:168-76. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2014.03.020
[11]    Shangguan WB, Wang XL, Deng JX, Rakheja S, Pan XY, Yu B. Experiment and modeling of uniaxial tension fatigue performances for filled natural rubbers. Materials & Design. 2014 Jun 1;58:65-73. doi: 10.1016/j.matdes.2014.01.035
[12]    Belkhiria S, Hamdi A, Fathallah R. Strain-based criterion for uniaxial fatigue life prediction for an SBR rubber: Comparative study and development. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications. 2020 Jul;234(7):897-909. doi: 10.1177/1464420720913595
[13]    Luo RK. Effective stress criterion for rubber multiaxial fatigue under both proportional and non-proportional loadings. Engineering Failure Analysis. 2021 Mar 1;121:105172. doi: 10.1016/j.engfailanal.2020.105172
[14]    Shangguan WB, Liu TK, Wang XL, Xu C, Yu B. A method for modelling of fatigue life for rubbers and rubber isolators. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2014 Jun;37(6):623-36. doi: 10.1111/ffe.12145
[15]    Zarrin-Ghalami T, Datta S, Bodombo Keinti R, Chandrashekar R. Elastomeric component fatigue analysis: Rubber fatigue prediction and correlation comparing crack initiation and crack growth methodologies. SAE International Journal of Advances and Current Practices in Mobility 237384. 2020 Apr 14;2(4):1754-63. doi: 10.4271/2020-01-0193
[16]    Tobajas R, Elduque D, Ibarz E, Javierre C, Gracia L. A new multiparameter model for multiaxial fatigue life prediction of rubber materials. Polymers. 2020 May 23;12(5):1194. doi: 10.3390/polym12051194
[17]    Liu X, Zhao X, Shangguan WB. Fatigue life prediction of natural rubber components using an artificial neural network. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2022 Jun;45(6):1678-89. doi: 10.1111/ffe.13690
[18]    Luo RK. Fatigue crack assessment of a rubber isolator in road engineering using the effective tensile stress criterion. Journal of Elastomers & Plastics. 2026 Mar;58(2):498-508. doi: 10.1177/00952443251415134
[19]    Dassault Systèmes. Abaqus/CAE User's Guide, Version 2016. Providence (RI): Dassault Systèmes Simulia Corp.; 2015.
[20]    ASTM International. ASTM D412-16(2021): Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers—Tension. West Conshohocken (PA): ASTM International; 2021. doi: 10.1520/D0412-16R21
[21]    ASTM International. ASTM D575-91: Standard test methods for rubber properties in compression. West Conshohocken (PA): ASTM International; 2024. doi: 10.1520/D0575-91R24
[22]    British Standards Institution. BS 903-5:2004: Physical testing of rubber — Guide to the application of rubber testing to finite element analysis. London: BSI; 2004.
[23]    Kia Motors. Kia Engineering Standards: KES DA505: Engine Mount Rubber. 1993.
[24]    National Railway Administration of the People’s Republic of China. TB/T 2843-2015: General technical conditions for elastic components of railway vehicles. Beijing: National Railway Administration; 2015.
[25]    ASTM International. ASTM D4482-11(2021): Standard Test Method for Rubber Property—Extension Cycling Fatigue. West Conshohocken (PA): ASTM International; 2021. doi: 10.1520/D4482-11R21
[26]    Rivlin RS. Large elastic deformations of isotropic materials IV. Further developments of the general theory. Philosophical transactions of the royal society of London. Series A, Mathematical and physical sciences. 1948 Oct 5;241(835):379-97. doi: 10.1098/rsta.1948.0024

  • تاریخ دریافت 11 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری 15 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 25 مرداد 1405