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原文传递机车车辆中常用橡胶件的有限元分析

论文题名：	机车车辆中常用橡胶件的有限元分析
关键词：	机车车辆;橡胶弹性元件;有限元分析;力学特性;本构模型;刚度性能
摘要：	为消除摩擦，改善减振及降噪效果，现代机车车辆上大量使用各种橡胶弹性元件，用以牵引、驱动、连接、支撑之用。随着中国轨道交通的大幅度提速，以及乘客对舒适性要求的逐步提高，橡胶件在机车车辆上的应用越来越广泛。与金属元件相比，橡胶弹性元件在满足机车车辆动力学性能方面，有着非常显著的特点和不可替代的优势，具体表现在：非线性刚度特性，具有多向刚度特性和阻尼特性等。但是，由于橡胶材料的双重非线性和体积不可压缩性，使得橡胶材料力学问题的理论计算十分困难，随着计算机的迅速发展和有限单元法计算技术的发展，使得数值计算方法解决橡胶材料的力学问题变得可能。在橡胶制品的设计过程中，应用有限元仿真技术进行静、动态性能的预测分析和设计改进，进而实现橡胶制品的优化设计，可以有效提高橡胶件的设计质量，缩短产品开发周期，降低试制和实验的消耗。本文在总结前人的橡胶制品有限元分析的基础上，应用有限元仿真技术对机车车辆中常用的橡胶件进行有限元分析。本文的主要研究内容大致可以归为以下几个方面： 1.通过阅读大量文献资料，详细描述了橡胶材料的力学特性，材料本构模型的分类方法；总结了橡胶弹性元件在机车车辆上的重要作用；分析了有限元法在橡胶产品中的应用；概括了机车车辆上常用的橡胶弹性元件。 2.论述了非线性橡胶材料的混合有限单元法，以及ABAQUS软件的非线性有限元法，详细比较了ABAQUS软件Standard和Explicit两个求解器。橡胶的静态有限元分析，可以采用Standard求解器，但是橡胶的动态有限元分析以及复杂的接触分析，则采用Explicit求解器。 3.以橡胶过盈配合作为计算模型，分析了材料可压缩性定义对橡胶有限元分析结果的影响。论述了橡胶有限元分析单元的选择，以及网格划分对计算结果的影响。 4.对广泛使用的橡胶本构模型M00nev-Rivlin模型，本文在工程实际应用范围内，结合与常规值比较的方法，给出一种其材料系数的估算方法，即C01/C10=0.25。并分析了材料系数比值对橡胶衬套轴向刚度的影响，计算结果表明轴向刚度对C01/C10并不敏感，对(C01+C10)表现敏感。 5.本文对机车车辆中常用的橡胶关节进行有限元分析。为满足不同的功能要求，机车车辆上采用的橡胶关节类型众多，本文分析了整体式和分瓣式两种类型的橡胶关节。对于整体式橡胶关节，分析了芯轴形状和预压缩量对其刚度性能的影响；对于分瓣式橡胶关节，本文计算了六连杆橡胶关节，计算结果符合转向架设计要求的径向刚度值。 6.对轴箱定位器进行静、动态有限元分析。分析定位器结构参数对其刚度性能的影响，确定符合一定三向刚度比值的等高定位器结构；并得到定位器等应力的优化结构。同时，对等高结构定位器进行模态分析，得到其前四阶固有频率。并论述了橡胶内部阻尼对轴箱定位器减振性能的影响。
作者：	左亮
专业：	车辆工程
导师：	肖绯雄
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文