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原文传递橡胶弹簧动态特性研究

论文题名：	橡胶弹簧动态特性研究
关键词：	轨道交通车辆;橡胶弹簧;动力学性能;粘弹性模量值
摘要：	橡胶阻尼材料因其良好的隔振、减振性能而被广泛应用于轨道交通车辆中。橡胶阻尼材料动力学性能非线性程度较大，然而现有各动力学软件对橡胶件仅做线性化处理，这无疑使得车辆的动力学仿真存在局限性。此外，橡胶材料力学性能受温度变化影响显著，这也是绝大数现有模型尚未考虑到的因素之一。因此，需要建立一个能够同时反映振动幅值、频率以及环境温度对橡胶阻尼材料力学特性影响的非线性模型。本文首先对目前广泛使用的机械元件模型进行分析，发现通过增加元件数量可以提高模型特性拟合的准确度，但这也使得模型愈加复杂，求解困难。此外，由于机械模型自身的特点，其无法准确描述橡胶材料在广阔频域内的动力学特性，也不能体现振动幅值对材料力学特性的影响。　　为了能在全频域内准确描述橡胶的粘弹性模量值，并且尽可能少地引入参数，本文采用双分数微分模型，该模型能够描述耗能模量与损耗因子关于峰值两侧的不对称性。根据高聚物热力学理论，利用时温转换（简称TTS原理）原理引入温频转换因子，得到橡胶阻尼材料的温度谱模型，进而得到橡胶的综合热粘弹性谱。此外，本文引入Berg摩擦力单元，通过内摩擦力来反映橡胶动态力学特性的幅变效应。将综合热粘弹性模型与内摩擦力单元并联，即可得到全面反映橡胶阻尼材料动态力学特性的非线性模型（简称TPLN模型）。　　本文针对轨道车辆用轴箱橡胶垫对TPLN模型进行试验验证分析，试验包括垂向静态力学性能试验、垂向动态力学性能试验、动态力学性能热试验(简称DMTA)。利用试验数据对Kelvin模型、Maxwell模型、Zener模型以及TPLN模型进行参数拟合，将得到的各模型仿真值与试验值进行对比，发现Kelvin模型、Maxwell模型以及Zener模型难以同时反映橡胶材料力学性能的频变、幅变、温变效应，而TPLN模型则能在工程应用的误差范围内描述橡胶材料的上述力学效应，且对高频区域力学性能的预测也具有一定的准确性。　　为了研究橡胶隔振器的隔振、减振性能，本文建立四种模型的单自由度隔振系统。底端施加不同位移幅值、不同频率的正弦激扰，对传统模型隔振系统与新建非线性模型隔振系统分别采用龙格-库塔法与Newmark-β法进行数值求解，发现TPLN模型隔振系统与传统模型隔振系统的振动传递率与振动加速度存在较大的差别，TPLN模型隔振系统整体指标处于各模型指标值之间，说明建立准确的非线性模型对于振动隔振的仿真是必要的。此外，TPLN模型能够反映振动幅值对系统自由端振动的影响，而其他传统模型则无法体现这一点。
作者：	杨俊
专业：	车辆工程
导师：	池茂儒
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文