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橡胶弹簧频变刚度特性及其对地铁车辆动力学性能的影响研究
| 论文题名： | 橡胶弹簧频变刚度特性及其对地铁车辆动力学性能的影响研究 |
| 关键词： | 橡胶弹簧;频变刚度特性;地铁车辆;动力学性能 |
| 摘要： | 当天然橡胶中增加碳黑等添加物质时，在剪切和压缩的时候，橡胶弹簧可实现较大的弹性，同时其特有的粘弹性又可消耗能量。橡胶材料这些特殊的超弹性特点，使橡胶弹簧广泛应用于机车车辆、船舶、汽车、仪表、航空及桥梁等领域，近年来也广泛用于地铁车辆转向架和高速动车转向架的一系悬挂。 橡胶元件动刚度和静刚度存在一定差异，当元件振动频率较低时，可以看成是一个由刚度和阻尼组成的集中参数元件，主要由橡胶减振起作用，当元件工作频率较高时，刚度将显著增大，因此振动频率对橡胶弹簧的刚度值有显著影响。 目前在机车车辆仿真计算中悬挂参数非线性特征主要是指悬挂力与位移或速度之间的非线性关系，如非线性弹簧力或非线性阻尼力，而很少考虑到悬挂元件刚度的频率非线性特性。以往的机车车辆动力学研究中很少关注到一系定位橡胶元件的非线性频变刚度，而一系定位刚度对车辆的动力学性能又有显著影响。本文以地铁车辆为应用背景，研究了一系悬挂橡胶弹簧元件的频率非线性刚度特性，及其对车辆动力学性能的影响，分以下几个部分进行论述： 论述了地铁车辆动力学的特点，并对常见一系悬挂结构进行了分析。归纳了国内外对橡胶弹簧刚度的频率非线形特性的研究现状。 论述了橡胶的基本力学特性以及常见的本构关系，并分析了橡胶弹簧在机车车辆应用中的非线性特点。 针对某地铁车辆具体采用的锥形橡胶弹簧元件，计算了不同位移振幅下元件刚度的频率非线性特性。考虑了25mm振动位移、50mm设计最大位移两种工况，拟合出了橡胶弹簧刚度的频率非线性曲线。 讨论了弹簧线性频变特性对一般机械振动系统的影响。在分析弹簧的频变刚度对振动系统的影响时，假设振动系统中的弹簧刚度具有线性变化的频变特性，依据这一动态刚度，首先推导了频变刚度对单自由度受迫振动系统振动的影响，然后推导了频变刚度对二自由度受迫振动系统的振动响应以及其幅频特性的影响，并进行了计算验证。 将有限元计算得出的的一系定位橡胶元件非线性刚度特性综合到地铁车辆整车动力学计算模型中，研究其对车辆动力学性能的影响。对比分析了传统模型与考虑了橡胶弹簧频变刚度后车辆动力学性能之间的差异。 通过动力学对比计算认为：一系定位橡胶弹簧刚度的频变特性对地铁车辆动力学性能具有较显著的影响，动力学计算分析时忽略这一效应将影响计算结果的准确性。 |
| 作者： | 孟政 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 罗世辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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