聊一聊动车组减振器动态特性的有限元分析

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CRH3型动车组是采用一种V型橡胶减振器将电力牵引系统中的设备装置柔性吊挂在车体上。该V型橡胶减振器除了承载作用同时还具有减振作用，隔离动车组运行时各种振动传递到护电气设备，从而保证电力牵引系统运行可靠性和安全性。V型橡胶减振器在额定承载下的动态特性决定了该减振器的减振效率。在产品结构确定前提下，V型橡胶减振器的动态特性取决于橡胶材质。橡胶材料作为一种非线性材料，其在压缩状态下的力学特性与未施压下的力学特性是不相同的。橡胶材料具有粘弹特性，其在静态力与动态力作用下表现的力学特性也不相同。本文采用ANSYS软件建立了V型橡胶减振器的动态特性有限元分析模型，并通过试验测定2种硬度相等但材料组成不同橡胶材料力学模型参数，模拟仿真这两种橡胶材料的V型橡胶减振器动态特性，并对模拟计算结果与际试验结果进行了比较分析。有限元分析公司的最新消息可以到我们平台网站了解一下，也可以咨询客服人员进行详细的解答！http://www.nataid.com/

橡胶材料的力学性质包括静态性质和动态性质，其中橡胶材料的静态力学主要指标有杨氏模量（E）、静态剪切弹性模量（G）和泊松比（）。橡胶材料的动态力学性质是指对橡胶材料施加正弦载荷，其形变时间与应力时间有延迟（即产生相位差），因此其动载荷位移曲线为一个环形线，其中环形线包围的面积相当于每次循环消耗的内能。橡胶材料的动态力学性质主要指标有动弹性模量（Ｇｄｙ）和损耗因子（ｔａｎ），其中动弹性模量（Ｇｄｙ）与静弹性模量（Ｇｓｔ）之比称为动静刚度比，其变化范围自10至3～5。损耗因子主要取决于橡胶材质，其值范围很宽，为005～03左右。硬度相同的橡胶材料（理论上Ｇｓｔ近似相同），若橡胶材料组成不同，其在压缩载荷作用下的力学特性是不同的，有的橡胶材料压缩载荷位移曲线非线性就比较明显。因此V型橡胶减振器在额定承载下动态特性与选用的橡胶材料的非线性和材料的动态性质有关。本文研究了２种邵尔Ａ硬度都为55度，但橡胶基材组成不同（一种为ＮＲ，另一种为ＳＢＲ）的橡胶材料的压缩力学特性。由于橡胶材料具有超弹性（非线性）和粘弹性（动态性），故橡胶材料采用2种本构模型来描述，其中超弹性采用M-R超弹本构模型，粘弹性选用Ｐｒｏｎｙ模型。这两种模型很好地描述变形小于150％的橡胶材料力学性能，能够满足际应用橡胶材料的有限元计算需要，并且两者结合能较好地描述橡胶类不可压缩超弹性材料在大变形下的动态力学特性。

对橡胶材料来说，橡胶剪切模量远小于压缩模量，因此减振器的刚度特性取决于压缩状态。对2种邵尔A硬度为55度橡胶材料进行单轴压缩试验，试样为一圆柱，其直径为29，高为125，采用INSTRON3366试验机对橡胶圆柱型试样进行轴向加载压缩试验，其中圆柱试样压缩应变与V型橡胶减振器额定承载的应变相同。加载速度为10，压缩载荷通过刚性金属板施加于橡胶圆柱上，记录压缩载荷和位移变形数据。

一般地对V型橡胶减振器进行有限元分析时，鉴于其V型减振器金属下骨架复杂性，对其外形结构中不影响计算结果的安装孔进行了合理简化，建立V型减振器有限元模型。根据ANSYS提供的单元类型，本文分析了模型中橡胶单元采用超弹单元Ｈｙｐｅｒ５８，金属骨架采用体单元Ｓｏｌｉｄ４５，其中橡胶与金属骨架的边界采用粘合处理。