橡膠彈簧頻變剛度特性及其對地鐵車輛動力學(xué)性能的影響研究.pdf

1、當(dāng)天然橡膠中增加碳黑等添加物質(zhì)時，在剪切和壓縮的時候，橡膠彈簧可實現(xiàn)較大的彈性，同時其特有的粘彈性又可消耗能量。橡膠材料這些特殊的超彈性特點，使橡膠彈簧廣泛應(yīng)用于機(jī)車車輛、船舶、汽車、儀表、航空及橋梁等領(lǐng)域，近年來也廣泛用于地鐵車輛轉(zhuǎn)向架和高速動車轉(zhuǎn)向架的一系懸掛。
　　 橡膠元件動剛度和靜剛度存在一定差異，當(dāng)元件振動頻率較低時，可以看成是一個由剛度和阻尼組成的集中參數(shù)元件，主要由橡膠減振起作用，當(dāng)元件工作頻率較高時，剛度將顯著

2、增大，因此振動頻率對橡膠彈簧的剛度值有顯著影響。
　　 目前在機(jī)車車輛仿真計算中懸掛參數(shù)非線性特征主要是指懸掛力與位移或速度之間的非線性關(guān)系，如非線性彈簧力或非線性阻尼力，而很少考慮到懸掛元件剛度的頻率非線性特性。以往的機(jī)車車輛動力學(xué)研究中很少關(guān)注到一系定位橡膠元件的非線性頻變剛度，而一系定位剛度對車輛的動力學(xué)性能又有顯著影響。本文以地鐵車輛為應(yīng)用背景，研究了一系懸掛橡膠彈簧元件的頻率非線性剛度特性，及其對車輛動力學(xué)性能的影響，

3、分以下幾個部分進(jìn)行論述：
　　 論述了地鐵車輛動力學(xué)的特點，并對常見一系懸掛結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。歸納了國內(nèi)外對橡膠彈簧剛度的頻率非線形特性的研究現(xiàn)狀。
　　 論述了橡膠的基本力學(xué)特性以及常見的本構(gòu)關(guān)系，并分析了橡膠彈簧在機(jī)車車輛應(yīng)用中的非線性特點。
　　 針對某地鐵車輛具體采用的錐形橡膠彈簧元件，計算了不同位移振幅下元件剛度的頻率非線性特性。考慮了25mm振動位移、50mm設(shè)計最大位移兩種工況，擬合出了橡膠彈簧剛度的

4、頻率非線性曲線。
　　 討論了彈簧線性頻變特性對一般機(jī)械振動系統(tǒng)的影響。在分析彈簧的頻變剛度對振動系統(tǒng)的影響時，假設(shè)振動系統(tǒng)中的彈簧剛度具有線性變化的頻變特性，依據(jù)這一動態(tài)剛度，首先推導(dǎo)了頻變剛度對單自由度受迫振動系統(tǒng)振動的影響，然后推導(dǎo)了頻變剛度對二自由度受迫振動系統(tǒng)的振動響應(yīng)以及其幅頻特性的影響，并進(jìn)行了計算驗證。
　　 將有限元計算得出的的一系定位橡膠元件非線性剛度特性綜合到地鐵車輛整車動力學(xué)計算模型中，研究其對車