摘要：橡胶材料的力学特性通常具有较强非线性。基于Mooney-Rivlin等5种本构模型，通过将52 HS、56 HS、61 HS 3种邵氏硬度的橡胶样件进行拉伸台架试验与仿真试验对比确定更优本构模型；进一步对采用3种硬度橡胶的悬架橡胶衬套进行静刚度试验与仿真模拟，对比力-位移结果曲线后发现Yeoh本构模型所对应的仿真曲线更接近试验结果；其中，硬度从52 HS 变化到56 HS时样件伸长率仅减小0.67%，衬套径、轴向刚度变化率为9.1%和9.5%；而从56 HS变化到61 HS时样件伸长率减小18.37%，衬套径、轴向刚度变化率为43.3%和30.3%。研究结果表明橡胶样件伸长率和衬套静刚度与硬度之间呈较强非线性，且当硬度＞56 HS时，橡胶样件力学特性参数和橡胶衬套的静刚度均有较大变化，这对考虑橡胶衬套对整车性能影响与匹配优化研究有重要参考价值。

橡胶衬套是一种隔振性能良好、结构简单可靠的零部件，主要由金属内外圈和橡胶胶体构成。橡胶胶体是一种高聚物，有较强的非线性，被广泛运用于机械领域。橡胶衬套的运用可以提升车辆的NVH 性能，如操纵稳定性与行驶平顺性，这两大性能受橡胶衬套静、动特性的影响。而橡胶衬套的刚度受胶料硬度、胶料配方、应变范围、激振频率、振幅大小等影响，故深入研究影响橡胶衬套静动刚度的因素可以进一步改善车辆的NVH品质。

国内外相关汽车零部件制造公司做出了大量的研究分析，对比橡胶硬度对其本构模型及静、动刚度的影响。曾家兴等对比分析了不同胶料硬度对Mooney-Rivlin本构模型参数及橡胶刚度的影响，将弹簧刚度试验结果与橡胶弹簧垂向刚度仿真结果对比，发现橡胶刚度受胶料硬度的影响较大。利用最小二乘法对数据进行处理，得出超弹本构模型参数与胶料硬度的函数关系。基于正交试验方法求得与实际胶料硬度对应的最佳超弹本构模型参数值C10和C01。于学花等对4种不同硬度的橡胶减振垫分别进行静刚度及硬度特性测试，结果表明，橡胶胶料的硬度和静刚度的大小对减振垫的减振效果影响较大。赵晓燕通过不同硬度的橡胶对比试验，发现橡胶硬度与抗压弹性模量成正比关系。沈金平等对比试验了3种不同硬度的橡胶隔振器，将其与理论计算结果对比，发现在小变形范围内使用线性黏弹性理论计算的误差较小，而橡胶隔振器的固有频率和动刚度随材料硬度值的增大而增大。柯维等通过实验建立某种隔振器静刚度与橡胶硬度之间的函数关系，提出基于原位测定橡胶硬度判定橡胶隔振器实时性能的无损检测方法。刘山尖等通过试验得出了不同邵氏硬度下橡胶的静、动刚度值，发现橡胶硬度大于68 HS时，隔振器的静、动刚度值随硬度的变化速率超过了50%，表明橡胶隔振器已经失去隔振作用。

本文利用试验与仿真两种目前主流的研究方法，对3种常用硬度值的车辆悬置橡胶衬套进行力学测试分析与静刚度测试分析，具体量化分析硬度值对衬套的影响，进而通过改变橡胶的硬度来优化衬套的隔振效果和车辆的操纵稳定性。

1 悬架橡胶衬套的结构模型

采用车辆后桥与后减振器筒之间的橡胶衬套为研究对象，后悬架及橡胶衬套如图1所示。该橡胶衬套无打孔，可以较好反映材料属性对橡胶衬套静刚度的影响，从而减小衬套结构对静刚度的影响。

图1 某车型后桥悬架及其橡胶衬套

橡胶衬套的结构为内外金属圈加中间的橡胶胶体，胶体通过硫化的方式与金属圈粘接在一起。衬套在车辆悬架中承受载荷时，橡胶主体不会严格产生径向或轴向变形，通常是径向和轴向变形同时产生。橡胶硬度是影响橡胶材料力学特性的一个指标，所以在对橡胶衬套进行相关分析时，将橡胶的硬度一起综合考虑，可以使对橡胶衬套的研究进一步深入。

2 硬度对橡胶力学特性的影响

进行材料力学特性试验的设备为HUALONG电子控制试验机，如图2所示。符合ISO 5893－2002的规定，具有2级精度。

图2 HUALONG电子控制试验台

试验根据国家标准GB/T 528－2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行；该标准提供了7种类型的试样，由不同尺寸的试样得出的拉伸强度值和拉断伸长率可能稍有不同，通常小尺寸试样高于大尺寸试样，且3型、4型、B型只应用于材料不足以制备大试样的情况。本实验材料充足，故采用哑铃Ⅰ型，样件总长度为115 mm，中间狭窄部分长度为33.0±2.0 mm，宽度为6.0 mm，最大厚度为3.....