机车车辆中常用橡胶件的有限元分析
交通运输——带预压装配的橡胶组件产品有限元分析方法
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。
车用橡胶衬套的非线性有限元分析
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中图分类 号 ： Ｈ１ 文 献标识 码 ： Ｔ ６ Ａ
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SS9型机车轴箱拉杆横向刚度及其橡胶件强度有限元分析
０ 引言
ＳＳ９ 型机车自投入我国铁路第五次大提速运用以来， 曾出现机车横向晃动大， 三、四位轴箱止挡碰磨， 三、四位 轴箱拉杆早期失效等故障现象。后来对轴箱拉杆横向刚 度进行了检测， 结果发现其实际横向刚度仅为设计值的 １／４。经进一步的调查发现， 设计之初没有很好的轴箱拉 杆横向刚度计算方法以及强度校核方法是导致此问题的 根 源 。所 以 寻 找 一 种 经 济 实 用 的 轴 箱 拉 杆 刚 度 、强 度 计 算 方法是十分必要的。
表 １ 拉杆横向刚度及橡胶件强度计算工况
横向力 纵向力 垂向力 横向位移 垂向位移
／ｋＮ ／ｋＮ ／ｋＮ ／ｍｍ
／ｍｍ
工况 １（ 持续牵引工况）
２２．５ １９．７
２
—
—
工况 ２（ 纵向 ３ｇ 冲击工况） — １１１．２４５ —
—
—
工况 ３（ 横向最大位移工况） — —
—
１０
—
工况 ４（ 垂向最大位移工况） — —
３．１９ 橡胶套与芯轴
２．０２ 橡胶与钢板结
结合面的边缘处
合的内边缘处
３．８２
同上
０．２７８
同上
５．１１
同上
５．５
同上
１．２３
同上
１．０１
同上
图 ５ 工况 １ 橡胶垫应力云图 图 ６ 工况 １ 橡胶套应力云图
５ 横向刚度计算结果及其与试验结果的对比
由于我们计算的是两轴箱拉杆的综合横向刚度， 同 时为了平衡轴箱体本身变形对计算结果的影响， 我们在 计算刚度时轴箱横向位移取轴箱体中心区域的平均位 移。由图 ４ 可计算出轴箱中心平均横向位移为 ５．０５５ ｍｍ， 从而一对轴箱拉杆的综合横向刚度为 ４．４５１ ｋＮ／ｍｍ。
机车车辆中常用橡胶件的有限元分析的开题报告
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。
(机械车辆工程专业论文)机车车辆中常用橡胶件的有限元分析
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。
通过对机车车辆系统的分析较准确地得到产品在系统运行过程中的主要承受的载西南交通大学硕士研究生学位论文荷形式和载荷大小再运用有限元法建立与实际相符合的产品数值模型就可以准确计算出橡胶零件的应力或应变集中区域预测产品疲劳破坏的位置从而找出产品最薄弱环节为产品的结构优化提高疲劳性能奠定基础
西南交通大学 硕士学位论文 机车车辆中常用橡胶件的有限元分析 姓名：左亮 申请学位级别：硕士 专业：车辆工程 指导教师：肖绯雄
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：
ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｍｏｄｅｌｌｉｎｇｓ；ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｒｕｂｂｅｒ ｅｌａｓｔｉｃ ｅｌｅｍｅｎｔ’Ｓ
橡胶密封制品的有限元模拟与结构优化
2、橡胶制品有限元分析具体案 例分析
(1)轮胎分析：通过有限元分析，可以对轮胎的力学性能进行精确预测，从 而优化其结构设计，提高轮胎的使用性能和安全性。例如，对轮胎进行静力学分 析，可确定轮胎在不同工况下的变形和应力分布情况，避免轮胎在极端工况下出 现损坏或失稳现象。
(2)传动带分析：传动带是机械系统中重要的元件之一，其性能直接影响到 整个系统的稳定性和效率。通过有限元分析，可以对其传动力、传动效率、振动 等性能进行评估，进而优化传动带的设计和生产工艺。例如，对传动带进行动力 学分析，可确定其在不同转速和负载下的振动和疲劳寿命，提高传动系统的稳定 性和效率。
三、橡胶动态性能有限元分析的 未来展望
随着科技的不断发展，有限元分析在橡胶动态性能研究中的应用将更加广泛。 新的算法和计算能力的提升将使得对橡胶制品的动态性能进行更精细的模拟成为 可能。同时，随着材料科学和实验技术的发展，将为有限元模拟提供更准确的材 料模型和边界条件，从而进一步提高模拟的准确性。
橡胶密封制品的有限元模拟与 结构优化
基本内容
橡胶密封制品在工业和日常生活中应用广泛，如汽车、航空航天、电子产品 等领域。它们起着至关重要的作用，不仅可以防止气体和液体的泄漏，还可以防 止灰尘和污垢的侵入。为了提高橡胶密封制品的性能和可靠性，有限元模拟和结 构优化成为越来越重要的工具。
有限元模拟是利用数学方法模拟真实物理系统的过程，以获得系统在不同条 件下的行为和性能。在橡胶密封制品的有限元模拟中，通常选用橡胶材料属性， 如弹性模量、泊松比、剪切模量等，来描述其力学行为。同时，有限元模拟可以 预测和优化橡胶密封制品的结构，以获得最佳的性能。
结论：
有限元数值模拟已成为工程设计和科学研究的重要工具，对于橡胶制品的动 态性能分析具有特别的价值。通过对橡胶动态性能进行有限元模拟，我们可以预 测制品在实际工作环境下的行为，优化设计以改善其性能，并提高产品的可靠性 和使用寿命。
转向架轴箱橡胶节点疲劳寿命的有限元分析
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。
有限元在车辆橡胶元件中的应用
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 。