機車車輛中常用橡膠件的有限元分析.pdf

1、為消除摩擦，改善減振及降噪效果，現(xiàn)代機車車輛上大量使用各種橡膠彈性元件，用以牽引、驅動、連接、支撐之用。隨著中國軌道交通的大幅度提速，以及乘客對舒適性要求的逐步提高，橡膠件在機車車輛上的應用越來越廣泛。與金屬元件相比，橡膠彈性元件在滿足機車車輛動力學性能方面，有著非常顯著的特點和不可替代的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在：非線性剛度特性，具有多向剛度特性和阻尼特性等。 但是，由于橡膠材料的雙重非線性和體積不可壓縮性，使得橡膠材料力學問題的理論計

2、算十分困難，隨著計算機的迅速發(fā)展和有限單元法計算技術的發(fā)展，使得數(shù)值計算方法解決橡膠材料的力學問題變得可能。 在橡膠制品的設計過程中，應用有限元仿真技術進行靜、動態(tài)性能的預測分析和設計改進，進而實現(xiàn)橡膠制品的優(yōu)化設計，可以有效提高橡膠件的設計質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低試制和實驗的消耗。本文在總結前人的橡膠制品有限元分析的基礎上，應用有限元仿真技術對機車車輛中常用的橡膠件進行有限元分析。本文的主要研究內(nèi)容大致可以歸為以下幾個方面

3、： 1.通過閱讀大量文獻資料，詳細描述了橡膠材料的力學特性，材料本構模型的分類方法；總結了橡膠彈性元件在機車車輛上的重要作用；分析了有限元法在橡膠產(chǎn)品中的應用；概括了機車車輛上常用的橡膠彈性元件。 2.論述了非線性橡膠材料的混合有限單元法，以及ABAQUS軟件的非線性有限元法，詳細比較了ABAQUS軟件Standard和Explicit兩個求解器。橡膠的靜態(tài)有限元分析，可以采用Standard求解器，但是橡膠的動態(tài)有限元

4、分析以及復雜的接觸分析，則采用Explicit求解器。 3.以橡膠過盈配合作為計算模型，分析了材料可壓縮性定義對橡膠有限元分析結果的影響。論述了橡膠有限元分析單元的選擇，以及網(wǎng)格劃分對計算結果的影響。 4.對廣泛使用的橡膠本構模型M00nev-Rivlin模型，本文在工程實際應用范圍內(nèi)，結合與常規(guī)值比較的方法，給出一種其材料系數(shù)的估算方法，即C01/C10=0.25。并分析了材料系數(shù)比值對橡膠襯套軸向剛度的影響，計算結果

5、表明軸向剛度對C01/C10并不敏感，對(C01+C10)表現(xiàn)敏感。 5.本文對機車車輛中常用的橡膠關節(jié)進行有限元分析。為滿足不同的功能要求，機車車輛上采用的橡膠關節(jié)類型眾多，本文分析了整體式和分瓣式兩種類型的橡膠關節(jié)。對于整體式橡膠關節(jié)，分析了芯軸形狀和預壓縮量對其剛度性能的影響；對于分瓣式橡膠關節(jié)，本文計算了六連桿橡膠關節(jié)，計算結果符合轉向架設計要求的徑向剛度值。 6.對軸箱定位器進行靜、動態(tài)有限元分析。分析定位器結