帶箍結(jié)構(gòu)空氣彈簧非線性有限元分析及試驗研究.pdf

1、空氣彈簧是車輛懸掛系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,有優(yōu)良的彈性特性和良好的高度自適應(yīng)性,可以降低車輛的自振頻率,具有良好的吸振、隔振性能等,對提高車輛運行的平穩(wěn)性和乘座舒適性有較好的效果。因此橡膠空氣彈簧在汽車和鐵路機車車輛上得到廣泛的應(yīng)用。隨著對空氣彈簧理論研究的不斷深入,空氣彈簧相繼在航空、船舶、精密儀器、紡織以及軍事工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用。
　　 帶箍結(jié)構(gòu)空氣彈簧項目是目前澳大利亞軌道車輛最大的招標項目,總標的銷售金額約為2400萬元(人

2、民幣),市場前景良好。項目的開發(fā)將在國內(nèi)率先開發(fā)出超大承載能力的帶箍式空氣彈簧系統(tǒng),并建立空氣彈簧彈性特性系統(tǒng)預(yù)測模型,以便更好地指導(dǎo)空氣彈簧產(chǎn)品的研制、開發(fā)。
　　 對空氣彈簧彈性特性的研究目前主要還是采用理論分析和試驗測定的方法,用有限元法分析空氣彈簧特性還處在探索階段。理論分析方法可以用解析法或圖解法對形狀簡單的空氣彈簧計算出近似解。但對于形狀復(fù)雜的空氣彈簧,則計算過于繁鎖、精度不高、可操作性差,對實際工程應(yīng)用的指導(dǎo)意義不

3、大。
　　 空氣彈簧結(jié)構(gòu)分析涉及了氣囊和輔助彈簧材料的非線性、大變形帶來的幾何非線性以及氣囊與上蓋板和輔助彈簧接觸非線性,計算工作是比較復(fù)雜的、收斂也相當困難。
　　 本文運用了目前廣泛使用的ABAQUS有限元軟件,建立帶箍結(jié)構(gòu)空氣彈簧的靜態(tài)有限元模型來分析計算空氣彈簧。為了更加精確地對其橡膠材料進行模擬,對所用膠料配方試樣進行了單軸拉伸實驗、雙軸拉伸實驗和平面剪切實驗,以實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),構(gòu)建了橡膠材料的本構(gòu)模型進行擬合

4、;利用非線性有限元軟件ABAQUS提供了處理加強結(jié)構(gòu)的Rebar材料模型,用其模擬簾線復(fù)合材料的幾何和物理非線性具有極好的分析效果;應(yīng)用ABAQUS中符合流體靜力學條件的充腔氣體單元模擬空氣彈簧腔內(nèi)氣體。
　　 由于空氣彈簧的結(jié)構(gòu)及其材料、接觸條件復(fù)雜,因此影響其性能的因素很多。本文利用有限元分析技術(shù)主要從空氣彈簧輔助氣室容積、內(nèi)壓、簾線角度、層數(shù)、密度、上蓋板角度的變化等因素方面,對空氣彈簧垂向和橫向性能的影響進行分析和研究。