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机车车辆中常用橡胶件的有限元分析的开题报告一、选题背景随着国内火车、地铁等交通运输行业的迅速发展，机车车辆的安全性、可靠性等关键性能要求越来越高。
橡胶件作为机车车辆中重要的组成部分，具有减震、缓冲、隔振等重要功能，在保证机车车辆运行平稳、舒适性的同时，也能有效保护机车车辆内部零部件，延长其使用寿命。
目前，机车车辆中所使用的橡胶件经历了从实验室到工程应用的全过程，但传统的经验设计方法已不能满足目前的需求。
因此，有必要采用现代先进的橡胶件设计方法和技术，如有限元分析，来辅助设计和优化橡胶件结构，提高其性能和可靠性。
二、选题意义（1）提高机车车辆的运行稳定性和舒适性：通过有限元分析方法对橡胶件结构进行优化设计，可以减小车辆的振动和噪声，提高运行平稳性和乘坐舒适性。
（2）延长机车车辆的使用寿命：通过优化橡胶件结构，可以在保证橡胶件实现其减震缓冲等各项功能的基础上，提高其耐久性，减少损耗，延长其使用寿命。
（3）提高机车车辆的安全性：通过有限元分析方法对橡胶件的强度和受力状况等进行分析和测试，在保证其安全性的前提下，提高其承载能力和抗变形能力，有效避免橡胶件因受力过大而出现损坏甚至失效的情况。
三、研究方法（1）了解机车车辆橡胶件在各种条件下的受力情况和振动特性。
（2）选取常用的橡胶件，建立其三维有限元模型，用有限元软件对其进行静态强度和动态响应的分析。
（3）通过对静态强度和动态响应分析的结果，对橡胶件的结构和材料进行优化设计，探究橡胶件形状和材料对避震能力、抗变形能力和延展性的影响。
（4）对不同类型的橡胶件进行对比分析，确定其优缺点，并就不同工况下的应用进行适当的选择。
四、预期结果（1）建立机车车辆中常用橡胶件的数值模型，分析其结构受力情况和振动特性。
（2）通过分析结果，优化橡胶件的结构和材料，提高其可靠性和性能。
（3）比较分析常用橡胶件的优缺点，为不同工况下的橡胶件设计提供理论依据。
五、研究难点（1）建立橡胶件的三维模型时需要考虑到其结构特性和材料性能，准确模拟其受力和振动情况。
转向架轴箱橡胶节点疲劳寿命的有限元分析转向架轴箱是汽车的重要组成部分，其中橡胶节点是重要的结构部件，其受力性能决定了转向架轴箱的性能指标。
然而，橡胶节点在受力运行过程中，它的疲劳寿命的问题一直是很难预测的。
因此，研究并预测橡胶节点疲劳寿命变得非常重要。
有限元分析是一种用来模拟复杂物理系统行为的有效工具。
基于有限元分析，已经开展了很多研究，以研究转向架轴箱橡胶节点的疲劳寿命,中包括建立模型、模拟受力情况、求解应力分布和计算疲劳寿命。
有限元分析可以有效预测橡胶节点的疲劳寿命，而不需要耗费大量时间和金钱。
有限元分析通常需要模拟计算时所用的转向架轴箱模型。
模型的建立需要考虑转向架轴箱的各个物理参数，如材料性能、尺寸尺度、几何形状、受力环境等，并进行合理的参数选择。
在仿真计算中，可以采用物理模型、物性模型及力学模型来模拟受力情况，有效地分析受力情况对转向架轴箱橡胶节点的影响，探究结构参数对应力分布及疲劳寿命的影响。
根据有限元分析，可以计算出橡胶节点的应力分布。
该应力分布可以根据给定的设计规范，以及正常工况下的可接受应力值，确定橡胶节点的最大可接受应力和最大应力比率。
考虑到结构参数的不同，根据材料的综合性能，可以推算出橡胶节点的疲劳寿命。
有限元分析可以有效的预测转向架轴箱橡胶节点的疲劳寿命，除了可以提高结构部件的可靠性外，还可以为汽车制造商提供产品设计指导。
而且，该方法在实践中也能够起到节约时间和金钱的作用，因为它可以模拟大量的试验情况，较少的实验也可以获得可靠的结果。
因此，有限元分析可以有效地预测转向架轴箱橡胶节点的疲劳寿命，以实现更便捷、更可靠的分析。
今后，有限元分析将会有更广泛的应用，进一步开发和优化结构设计和性能测试，从而改善汽车性能和安全性。
有限元技术在汽车悬架橡胶衬套刚度计算中的应用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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第2期(总第225期)2021 年4 月机 械 工 程 与 自 动 化MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATIONNo2Apr文章编号=672-6413(2021)02-0075-02履带车辆橡胶衬套有限元分析张磊，卢浩博(神华宝日希勒能源有限公司，内蒙古 呼伦贝尔021000)摘要：履带车辆是一种用于复杂地形的多功能越野车，目前履带车辆支重轮和主梁之间常常采用刚性连接，不能满足减振要求。
为了解决现有履带车辆存在的缺陷，以某军用车辆橡胶履带行走系悬架为研究对象，将 支重轮与主梁之间的刚性连接改为采用橡胶衬套的弹性连接，利用有限元技术分析了橡胶衬套静、动力学行为特性，并对其进行了模态分析，得到橡胶衬套的应力云图、位移云图、各阶振型以及应力位移随时间变化 的曲线。
该研究为橡胶类零部件的有限元分析方法提供了理论指导和参考依据。
关键词： 橡胶衬套； 有限元； 履带车辆中图分类号：TP391.7 ：U469.6+ 94 文献标识码：A0 引言履带式车是一种适用于山地、沼泽地、沙漠地区等 复杂地形的多功能特种越野车。
由于工作条件恶劣, 因此要求其具有较好的通过性、机动灵活性和良好的 抗震性。
目前，履带式工程车辆中支重轮和车架、主梁 之间常用焊接等固定联接方式，车辆在恶劣路面的行 驶过程中会产生非常复杂的激励，引起强烈振动，无法 满足车辆平顺性要求。
为解决现有履带车辆存在的缺陷，可将支重轮与 主梁之间的刚性连接改为采用橡胶衬套的弹性连接。
橡胶衬套作为一种常用的减振元件，已被广泛应用于 车辆的行走系统和底盘悬架中。
随着有限元分析技 术的迅猛发展，许多有限元仿真软件如ABAQUS 、 ANSYS 等都建立了橡胶模型，不仅简化了计算过程, 提高了计算精确度，而且分析结果与试验值和实验值 相近。
通过实验，Charlton 等⑴验证了使用有限元软 件分析拟合橡胶材料特性的准确性，并对超弹性理论 进行了讨论和描述。
橡胶件的静、动态特性及有限元分析北方交通大学硕士学位论文橡胶件的静、动态特性及有限元分析姓名：郑明军申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：谢基龙2002.2.1file:///E|/Material/new download/Y476948/Paper/pdf/fm.htm2007-7-3 11:31:00目录文摘英文文摘第一章绪论1.1引言1.2选题背景1.3本论文的主要研究内容第二章橡胶类材料的本构关系2.1引言2.2橡胶材料的本构关系2.2.1橡胶材料的统计理论2.2.2橡胶材料的唯象理论2.3橡胶材料的应力应变关系2.4小结第三章非线性橡胶材料的有限单元法3.1引言3.2非线性橡胶材料的罚有限元法3.3非线性橡胶材料的混合有限元法3.4非线性橡胶材料的杂交有限元法3.5ANSYS软件的非线性有限元分析方法3.6小结第四章橡胶材料常数的研究4.1引言4.2测定橡胶材料常数的实验方法4.3 Mooney-Rivlin型橡胶材料常数C1和C2的测定4.4橡胶硬度对Mooney-Rivlin型橡胶材料常数的影响4.4.1橡胶硬度与弹性模量的关系4.4.2橡胶柱的压缩试验4.4.3橡胶柱的有限元分析4.4.4橡胶支座的有限元分析4.4.5不同硬度下橡胶材料常数C1和C2的确定5小结第五章橡胶夹层的断裂分析5.1引言5.2双悬臂橡胶夹层梁的有限元分析5.2.1试验研究5.2.2有限元分析5.2.3计算结果分析5.3双悬臂橡胶夹层梁的断裂力学分析5.3.1双悬臂橡胶夹层梁界面J积分5.3.2双悬臂橡胶夹层梁应变能释放率G 5.3.3双悬臂橡胶夹层梁的断裂力学分析5.4双剪切橡胶夹层的有限元分析5.5双剪切橡胶夹层的断裂力学分析5.5.1双剪切橡胶夹层界面断裂韧性5.5.2双剪切橡胶夹层的断裂力学分析6小结第六章橡胶弹性车轮动态特性分析6.1引言6.2橡胶弹性车轮的特点6.3橡胶弹性车轮的结构6.4橡胶弹性车轮的有限元分析6.4.1橡胶弹性车轮的有限元分析6.4.2橡胶弹性车轮的减振效果6.4.3橡胶硬度对弹性车轮动态特性的影响6.5小结第七章结论7.1橡胶材料常数的研究7.2橡胶夹层的断裂分析7.3橡胶弹性车轮动态特性分析参考文献致谢。
地铁车辆橡胶轴箱定位器结构分析与优化王明星、黄友剑、程海涛（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲 412007）摘要：橡胶轴箱定位器作为地铁、轻轨车辆一系悬挂的重要减振部件，在保证车辆运行结构平稳性和曲线运行稳定性的同时，还兼有轮对导向的作用。
因此产品的横向、纵向、垂向共三个方向的刚度有严格的匹配要求。
因橡胶本身的高度非线性的特性，采用传统的经验公式很难对产品三向刚度进行准确预测，本文利用ABAQUS软件对橡胶轴箱定位器进行三向刚度较准确的分析预测，并实现该产品一次设计成功。
关键词：橡胶轴箱定位器；结构优化；有限元分析；ABAQUSAnalysis and optimization of Metro vehiclesrubber spring axle boxW ANG Mingxing、HUAN Youjian、CHENG Haitao （ZhuZhou Times New Material Technology Co.,Ltd，Hunan,ZhuZhou 412007,China）Abstract: With the increase of subway lines, the quantity of subway cars has been rising. In this paper, ABAQUS software is used to make simulation analysis of a series of metro vehicle axle box positioning products - rubber spring axle box structure, and also achieve a successful design through simulation analysis of the products , in the while ，free surface design of products is advanced according to product design experience.Key words: locator; structural optimization; finite element analysis; ABAQUS0 引言：橡胶轴箱定位器装配在车辆转向架上的轴箱与构架之间，以轮对轴箱为固定的硬基础。
发动机橡胶悬置有限元模型的建立及实验验证贺志瑛;夏芝安;归文强;张智群【摘要】用Mooney-Rivlin模型描述橡胶材料的本构模型,通过橡胶单轴压缩试验确定橡胶材料的参数.根据发动机悬置简化模型,计算预应力和激励频率.用CATIA 建立橡胶悬置的三维模型,在Hypermesh中采用六面体单元进行网格划分,建立橡胶悬置的有限元模型.利用ANSYS对有限元模型求解,用Matlab对求解结果进行处理,根据得到的迟滞回线,计算出橡胶悬置的静刚度、动刚度和滞后角.利用本文设计的橡胶悬置特性试验测试系统分别对前、后橡胶悬置进行静、动刚度试验,将试验得到的橡胶悬置静、动刚度结果与有限元计算结果进行对比,验证了有限元模型的正确性.【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(034)003【总页数】6页(P46-50,66)【关键词】橡胶悬置;有限元分析;怠速工况;静刚度;动刚度;滞后角;迟滞回线【作者】贺志瑛;夏芝安;归文强;张智群【作者单位】长安大学汽车学院,陕西西安710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】U464.12橡胶悬置被广泛用于客车发动机隔振，其隔振能力直接取决于它的动静态特性[1]。
动态特性是橡胶悬置的一种重要特性，具有复杂的非线性[2]。
目前，学者们采用有限元分析法对橡胶悬置的特性进行了研究，并提出了多种橡胶材料的本构模型[3]，如多项式模型、Ogden模型、Mooney-Rivlin模型等。
城市客车起步、停车频繁，因而发动机怠速成为其一种主要工况，车辆长时间处于怠速工况，乘客感觉很不舒服[4]。
为了降低由发动机经悬置系统传至车身的振动，提高乘客的舒适性，本文针对西安市某CNG公交车怠速工况下发动机橡胶悬置的有限元模型进行了验证。
1.1 橡胶材料参数确定本文选择Mooney-Rivlin模型作为橡胶材料的本构模型。
机车车辆用橡胶定位器的有限元分析与研究王明星、林胜株洲时代新材料科技股份有限公司，412007[ 摘 要 ] 本文利用 Ansys5.7 版的新增橡胶本构模型，同时，采用我公司在美国 AXEL实验室的 所做的橡胶材料的实验数据做为分析输入，对高速重载机车车辆用橡胶定位器产品进行有限元分 析。
并研究产品的隔板倾角的变化及橡胶层数对三向刚度性能的影响。
[ 关键词 ] 橡胶，有限元，ANSYS，定位器摘要：在铁路不断提速的同时，对乘车的安全 性和舒适性也提出了更高的要求。
为了能满 足人们的要求，机车上的橡胶减振产品的应 用愈来愈多。
对橡胶产品的要求也愈来愈高。
通过传统的实验的方法来调节橡胶产品的各 项性能，操作起来要耗费大量的人力，物力， 财力，同时也耗费大量的时间。
随着力学领域中有限元技术的不断成 熟，和大型商用有限元分析软件的不断发展 和完善，利用有限元软件来分析橡胶产品性 能这种方法愈来愈为人们所重视。
ANSYS 软件是国际知名的通用 FEA 软 件，能够进行结构分析、温度场分析，流场 分析、以及电磁场分析。
我公司自1997年引 进 ANSYS 软件以来一直致力于橡胶产品的 分析计算的研究，并将分析计算与实际生产 紧密的联系在一起。
在实际应用中发挥了很 大的作用。
机车轴箱橡胶定位器的分析计算 就是一个例子。
机车用轴箱橡胶定位器是橡胶和金属用 通过硫化工艺粘合在一起共同承载的结构。
轴箱定位器在机车运行时要承受垂向、横向 和纵向力作用，因此，为了能达到机车的运 行要求，定位器三向刚度要满足一定的刚度 配比。
比例的多少视实际工况的要求而定， 本文所研究的产品的三向刚度的比值要求 为：垂向（Z方向） ：纵向（X方向） ：横向（Y方向） =1：14：9（注：垂向为竖直方向，纵向为平行于铁轨的 方向，横向为垂直于铁轨的方向）新产品开发出来后的刚度试验结果为： 垂向(KN/mm) 径向(KN/mm) 轴向(KN/mm)0.42 4.3 2.5刚度比值为：垂向：纵向：横向=1：10.2：5.95。
刚度比值不能满足工况要求，因此要对 结构进行调整以使产品的刚度比满足要求。
因为结构的三向刚度存在关联性，通过 传统的试制加实验的方法来调节刚度配比难度很大，所以我们利用 ANSYS5.7 版软件通 过有限元分析来调节本产品三向刚度配比关 系。
首先对修改前的结构进行分析，并将分 析结果与实验结果对比，以验证有限元分析 的准确性。
具体分析过程如下。
建立有限元模型在 ANSYS 软件前处理中建立定位器的 有限元模型，因为本分析是为了获得产品的 刚度结果，结构中对刚度影响可以忽略的部 位做了一些相应的简化处理，在保证求解精 度的前提下，能够减少运算时间，并能使程 序易于收敛。
其有限元模型如图1所示。
图 1输入材料常数输入的材料常数的准确与否是左右分 析结果的关键之一。
对于橡胶产品的分析这 一点尤其重要。
因为就材料特性和几何特性 来说，橡胶是非线性的。
橡胶的力学性能对 温度、环境、应变历史、加载速率和应变率 的影响相当敏感，生产工艺和添加剂（如添 加炭黑的多少和种类）对橡胶的力学性能也有重要影响。
天然橡胶材料因产品的加卸载过程耗能少，因此，可近似认为橡胶材料是超弹性 材料，对于超弹性材料，不用杨氏模量和泊 松比表示应力——应变关系，而用应变势能 （U ）来表达应力—应变关系。
应变势能表 达式如下：å å = + = -+ - - = Nj i Ni i el ijiij j D i i C U 1 1 2 2 1 ) 1 ( 1) 3 ( ) 3 ( 式中：U —应变势能 Je l —弹性体积比i 1、i 2—应变不变量Di —定义材料的压缩性 Cij —Rinvlin 系数我们利用ANSYS5.7版本新增的Odgen （N=3）的模型进行分析。
加载，求解铁件部分用三维八结点 Solid45 号实体 单元来模拟， 橡胶部分用三维八结点Hyper58号超弹性单元来模拟。
考虑到橡胶为超弹性 材料，结构划分单元数较多，共划分 30893 个单元。
根据实际工况在不同的载荷步中分 别施加垂向载荷、径向载荷和轴向载荷。
在 ANSYS 软件求解器中利用波前法求解， 得出 结果。
结果分析计算所得的三向刚度结果如下表所示：方向计算结果 偏 差 垂向(KN/mm)0.41 4.6% 径向(KN/mm)3.99.3%轴向(KN/mm) 2.3 8%由计算结果与实验结果的对比可知最 大偏差为9.3%，这说明有限元分析结果是可 信的。
因此我们利用 ANSYS 软件进行结构 的刚度配比调整。
根据我们有限元分析及产品开发经验， 各种不同调整方法对产品的刚度影响情况如 下所述。
开孔的角度对三向刚度的影响如图2所 示：孔的角度不同时三向刚度变化图0 1 2 3 4 5 67 152535455565孔的角度值刚度值（k N /m m ）KXKYKZ图 2由图2显示的结果可知，随着槽孔的角 度的不断增加，三向刚度均在减小，但是三 向刚度的减小的程度不同，相比之下横向刚 度减小的最为明显，垂向刚度次之，纵向刚 度的减小量最小。
不同的隔板的倾斜角度对三向刚度的 影响如图3所示：倾斜角度不同时三向刚度变化图0 1 2 3 4 5 6 72468101214161820倾斜角度刚度值（k N /M M ）KZ KYKX 图 3由图3的显示的结果可知，随着橡胶层 的倾斜角度的不断增加，产品的横向刚度和 纵向刚度均在增加且增幅相当均比较大，而 产品的垂向刚度在倾斜角较小时（小于10.5 °），随着角度的增加而略微减小，在倾斜角 较大时则又随着角度的增加而单调增加。
不同开孔层数对三向刚度的影响如图 4 所示：槽孔层数不同时三向刚度变化图0 1 2 3 4 5 6 7 012 34槽孔层数刚度值（k N /M M ）KZKYKX图 4由图4的显示的结果可知，随着橡胶槽 孔层数的增加，产品的三向刚度的值均单调 递减。
而且，随着槽孔的层数的增加产品的 横向刚度下降的最快，垂向刚度次之，纵向 刚度则下降的最慢。
不同橡胶硬度对三向刚度的影响如图5 所示：硬度不同时三向刚度变化图1 2 3 4 5 6 7 8 945 50 55 60 65 70 75胶料硬度刚度（k N /m m ）KZKYKX 图 5由和图5的显示的结果可知，随着胶料 硬度的增加，产品的三向刚度的值均单调递 增。
而且，随着橡胶的硬度的增加产品的横 向刚度和纵向刚度上升的幅度大致相同，均 大于垂向刚度的上升幅度。
不同的橡胶层数对三向刚度的影响如 图6所示：层数不同时三向刚度变化图2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 234 56橡胶层数刚度（k N /m m ）KZKYKX图 6由图6的显示的结果可知，随着橡胶层 数的增加， 产品的三向刚度的值均单调递增。
而且，随着橡胶的层数的增加产品的横向刚 度和纵向刚度上升的幅度大致相同，相比之 下，垂向刚度上升的幅度较小。
根据以上经验，我们充分利用 ANSYS 软件的计算分析功能, 经过反复多次的调 整，才得出一个比较满意的结果。
调整后产品的三向刚度计算结果如下 表所示。
垂向(KN/mm)径向(KN/mm)轴向(KN/mm)0.324.282.75此时产品三向刚度比为： 垂向：纵向：横向=1：13.4：8.6 调整结构后产品基本可以满足三向刚 度比的要求。
产品橡胶部分的等效应力云图如下图 7，图8所示：图 7 纵向加载橡胶部分应力云图图 8 横向加载橡胶部分应力云图结 论在调整橡胶定位器三向刚度配比方面， ANAYS 软件发挥了重要的作用。
通过使用 ANSYS 软件， 可以使我们很方便的调整产品 结构参数。
而且，经过实验验证，计算结果 与实验结果也吻合的很好。
参考文献1、美国 ANSYS 公司，ANSYS 非线性分析 指南，1999年。
2、美国 ANSYS 公司，1998 年中国 ANSYS用户年会论文集，1999 年。
3、郭仲衡，非线性弹性理论，科学出版社，1980年。
4、美国ANSYS公司，ANSYS软件技术报告，1998年。
5、佘敏、蒋菊芬等，橡胶应用和机车车辆设计优化，1989年。
6、齐治昌，数值分析及其应用，国防科大出版社，1996年。
7、吕和祥、蒋各洋，《非线性有限元》，化学工业出版社，19992年。
8、何葛驹、张元冲，《计算力学教程》，西安交通出版社，1992年。
FEA Analysis and result on Rubber_locatorMingxing,wangZhuzhou times new material technology co.,ltd. 412007Lin shengZhuzhou times new material technology co.,ltd. 412007 [ Abstract ] In this paper, we analysis the rubber_locator’s stiffness and intension in ANSYS 5.7. We use the new stress_srain model of ansys5.7.And the stress_stain data come from American EXEL laboratory. In this paper we research the relation between the rubber_locator’s stiffness and the angle of the steel clapboard. And the relation between rubber_locator’s stiffness and the rubber’s layer.[ Keyword ] Rubber,FEA,ANSYS, Rubber_locator。
