机车车辆中常用橡胶件的有限元分析

带预压装配的橡胶组件产品有限元分析方法王京雁1，卜继玲，高发雄，张亚新（株洲新材料科技股份有限公司湖南株洲412007）Methods research of Finite Element Analysis of rubber products with preloading assemblyJing-yan W ANG, Ji-ling BU, Fa-xiong Gao, Ya-xin ZhangTechnology Center of Zhuzhou Times New Materials Technology co.,LTD.,Zhuzhou, Hunan, China 412007摘要：用试验和有限元分析相结合的方法，对带预压装配橡胶组件产品车顶连接装置进行了强度校核与疲劳分析。

结果表明，采用多分析步方法来实现预压装配过程更符合产品的实际工况，此分析方法可对同类产品的设计开发提供较好的参考价值。

关键词：带预压橡胶产品组件；有限元分析；试验对比1. 引言橡胶金属减振元件具有有效的减振降噪作用，因此在铁路机车行业的应用越来越广泛。

橡胶的承载能力中被压缩能力优于抗剪切、抗拉伸，以及抗弯曲能力，除此之外还有易老化，蠕变，应力松弛、散热不良等特性。

为了充分利用橡胶的优点，扬长避短，带预压的橡胶组件的使用越来越普遍，这样的好处是使橡胶在工作中减少受拉作用。

与此同时，利用装配过程对橡胶组件实现预压的设计也逐渐变多，产品在加载过程中，一端受压的同时，另一端受拉，而由于预压量的存在，使得受拉端橡胶的应力尽可能减小，从而提高使用寿命[1-2]。

本文所指的带预压装配的橡胶件是指相对复杂的系统组件，经过装配后的组件中橡胶一直处于受压状态。

此类系统组件服役过程中橡胶的受力状态相对复杂，同时存在剪切、压缩和拉伸的载荷。

由于橡胶的非线性作用，对系统组件的受力状态也有较大影响。

在实际产品开发过程中，为了节约产品开发周期及试验费用一般会结合有限元分析仿真分析进行结构可靠性验证，但是带预压装配橡胶组件产品的有限元分析过程相对复杂，往往存在装配上的连接设置问题，因此仿真与试验可能会存在一定差距。

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。

研究开发弹性体,20100825,20(4):34~38CH INAELASTOMERICS收稿日期63作者简介韩智慧(),女,山东省岛人,硕士,主要研究方向为减震系统及橡胶减震件的开发。

有限元在车辆橡胶元件中的应用韩智慧,万里翔,何宇林,曾力(西南交通大学机械学院,四川成都610031)摘要:分别利用闭型方程式与有限元对粘合圆柱橡胶块进行刚度分析对比;利用有限元与试验对3种不同汽车橡胶减震件进行分析对比,体现了有限元法在此设计领域中的可行性与优越性。

关键词:有限元;橡胶元件;刚度中图分类号:TQ 336.4+2文献标识码:A文章编号:10053174(2010)04003405橡胶减震件在汽车上应用非常广泛而且其品种繁多,例如各种衬套、发动机悬置,推力杆橡胶关节等等,但是由于橡胶材料的超强非线性及元件的复杂结构,若仅仅使用有限几个闭型分析方程式是满足不了设计要求的。

随着非线性有限元分析软件的不断发展与日臻完善,其已经可以在汽车橡胶减震元件中得到广泛的应用,成为工程技术人员解决设计分析工作的有效途径。

1粘合圆柱橡胶块的刚度分析对一种结构十分简单而且经典的结构粘合圆柱形橡胶块(结构如图1),通过闭型方程式与有限元的计算对其刚度进行分析并对结果进行比较。

图1粘合圆柱形橡胶块三维模型1.1利用闭型方程式求解1.1.1本构方程橡胶类各向同性不可压缩超弹性材料,文献[1]得其本构方程:e=-P +2W I 1B-W I 2B -1式中:I 1、I 2为Cauch Green 左张量B 的前2个基本不变量,e为高氏应力张量,角标e 表示弹性分析;W(I 1、I 2)是未变形物体单位体积的应变能密度。

本研究中W 的形式为:W =C 10(I 1-3)+C 01(I 2-3)+C 11(I 1-3)(I 2-3)+C 20(I 1-3)2+C 30(I 1-3)3式中由5个常量组成的集合{C 10,C 01,C 11,C 20,C 30}是材料的特性参数,这些特性参数的数值是从单轴和多轴应力松弛数据中得到的,本研究中C 10=100.8kPa,C 01=161.2kPa,C 11=1.338kPa,C 20=0.6206kPa,C 30= 6.206kPa 。

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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。