CRH2动车组空气弹簧垂向力学性能分析VIP专享

CRH2 动车组空气弹簧垂向力学性能分析摘 要：对 CRH2 动车组空气弹簧非线性问题进行了分析，得到了材料非线性、几何非线性和状态非线性在仿真分析中的处理方法。用 ABAQUS 有限元软件建立了空气弹簧的有限元模型。计算了空气弹簧的垂向刚度，并分析了胶囊内气体初始内压、帘线角度和下座橡胶堆对垂向刚度的影响。有限元计算结果显示，空气弹簧的垂向刚度随气体初始内压的增加而增加，随帘线角度的增大而减小。 关键词：有限元法；abaqus；空气弹簧；垂向刚度 空气弹簧属于具有自适应性弹性元件，刚度可随载荷的变化而适当调节[1]。目前随着铁道车辆轻量化、高速化进展，空气弹簧进展与应用前景更为宽阔了[2]。我国的 CRH 系列动车组也均采纳了空气弹簧作为二系悬挂。在以往的讨论中往往将胶囊内的气体压力简单处理为胶囊内壁压力，本文在计算过程中采纳空气单元模拟胶囊内空气。讨论以 CRH2 动车组空气弹簧为讨论对象，采纳ABAQUS 有限元软件分析其垂向刚度。 1 空气弹簧非线性成分分析 1.1 橡胶材料计算模型 空气弹簧的胶囊是空气弹簧的主要承载部件，是由交叉的多层帘线层和橡胶层组成的复合材料结构，是典型的非线性材料。空气弹簧中的下座橡胶堆部分和胶囊部分都采纳了橡胶材料。 在计算过程中假设空气弹簧系统中橡胶材料的体积是不可压缩的，并且在实际情况下胶囊和橡胶堆的橡胶材料实际变形不是很大，故可采纳 Mooney-Rivlin 模型。 （1） （2） （3） 式中：C10，C01 为超弹性材料参数；I1，I2 为第 1 和第 2 应变常量；λ1，λ2，λ3 为 3 个主拉伸方向的伸长量。 1.2 帘线的处理 讨论空气弹簧胶囊铺层中的帘线层数为 2 层。帘布层作为空气弹簧的主要承载部分，采纳高强度的纤维尼龙材料。 在本文分析模型中，胶囊模型采纳壳体单元，帘线层采纳 rebar 单元，帘线层相对于胶囊子午线方向分别成 8°和-8°布置，帘线层厚度为 1mm，帘线横截面面积为 1mm2，在壳体内的间距为 3.5mm，rebar 单元材料选取 16Mn 钢，杨氏模量为 0.21Mpa，泊松比 0.3。 1.3 气体单元 在动车组实际运行中，簧上质量的变化改变了胶囊的形状，进而改变了胶囊内部气体的压力，从而实现支反力和载荷的动态平衡，保证了乘坐舒适性。 在本文讨论中，假设胶囊内的气体为理想气体，并且温度是恒定不变的，即等温变化。由理想气体方程： （4） 式中，P-气压，V-容积，n-摩尔数，R-气体常数，T-温度。 由于本文分...