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【6h】

机车车辆中常用橡胶件的有限元分析

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文摘

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声明

第1章绪论

1.1引言

1.1.1橡胶的基本力学特性及本构模型

1.1.2橡胶弹性元件在机车车辆中的重要作用

1.1.3有限元法在橡胶产品中的应用

1.2机车车辆中常用的橡胶弹性元件

1.3论文的内容及意义

1.3.1本文的主要内容

1.3.2本文的意义

第2章非线性橡胶材料的有限单元法

2.1引言

2.2非线性橡胶材料的有限单元法

2.2.1非线性应变分析

2.2.2应力分析

2.2.3势能驻值原理

2.2.4有限元表达式

2.3 ABAQUS软件的非线性有限元法

2.3.1 ABAQUS非线性结构有限元法的基本原理

2.3.2 ABAQUS动力学有限元分析方法

2.4小结

第3章橡胶单元选择及可压缩性定义

3.1前言

3.2单元类型的选择

3.3可压缩性定义

3.3.1初始体积模量对橡胶过盈配合的影响

3.3.2泊松比对橡胶过盈配合的影响

3.4小结

第4章橡胶Mooney-Rivlin材料系数的确定

4.1引言

4.2橡胶Mooney-Rivlin模型材料系数的估算

4.2.1材料系数C2/C1比值的推导过程

4.2.2橡胶衬套刚度的常规值计算

4.2.3橡胶衬套的有限元计算结果

4.2.4小结

4.3 C2/C1比值对橡胶轴向刚度性能影响分析

4.3.1 C2/C1取值范围的确定

4.3.2有限元分析结果

4.3.3小结

第5章橡胶弹性关节的有限元分析

5.1引言

5.2整体式橡胶关节的有限元分析

5.2.1芯轴结构形状对橡胶关节刚度性能的影响

5.2.2预压缩量对橡胶关节刚度性能的影响

5.3分瓣式橡胶关节的有限元分析

5.3.1最大压缩量的确定

5.3.2径向刚度的有限元分析

5.4 小结

第6章锥形轴箱定位器的有限元分析

6.1引言

6.2轴箱定位器静态刚度性能有限元分析

6.3轴箱定位器结构优化

6.3.1满足已知刚度比值定位器的结构参数

6.3.2定位器结构优化

6.4轴箱定位器减振性能分析

6.4.1橡胶减振器的刚度特性和减振机理

6.4.2橡胶定位器的频率有限元分析

6.4.3橡胶定位器阻尼因子对减振性能的影响

6.5小结

结论

参考文献

致谢

附录1攻读硕士学位期间的主要研究成果

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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。

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