基于有限元的空气弹簧刚度分析

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1、万方数据第33卷第6期2010年11月20日◆研究开发◆电力机车与城轨车辆上泌c￡r面￡Dco，rmt西es&舭s乃．埘"如-，c^如如sV01．33No．6Nov．20th．2010基于有限元的空气弹簧刚度分析陈鼎，李芾，黄运华(西南交通大学机车车辆工程系，四川成都610031)摘要：空气弹簧是现代轨道交通车辆的主要减振元件，能有效改善轨道车辆的动力学性能，提高乘坐的舒适性和车辆的运行稳定性。文章利用非线性有限元软件ABAQus对空气弹簧的垂向刚度与横向刚度进行模拟分析，通过考虑空气弹簧的非线性

2、性质、结构参数等影响空气弹簧刚度的因数，对基于各影响因数下空气弹簧刚度特性进行比较分析。关键词：空气弹簧；非线性有限元；ABAQus软件；垂向刚度；横向刚度中图分类号：u260．331+．4文献标识码：A文章编号：1672—1187(2010)06-o()()8_05Analysisofairspringstiffnessbased0nfiniteelementCHENDing，LIFu，HUANGYun—hua(DepartmentofRahayVehicleEn舀ne丽ng，S叫tllwest

3、JiaotonguniVers时，chengdu610031，china)Abstract：AirspringistIlemaindampingcomponentsoflJlemodemmilt啪sitvehicles，whichcanef‰tivelyimpmVethemilvehicledynamicpe“-0咖卸ce，misingtIIeridecomfonrideco—Ion粕dsta}'ilityofvehici瞄．usingthenonIinearfin沁eIements曲wareAB

4、AQUSt0simulatet}leverticalsti伍1ess粕dIateralsti行T1ess0fair8pring，byconsideringthefhtorof赶bc“ngairspringstifblessincludingnoIllinear瑚岫re粕dstnlcturep咖eter，simultaneouslycomparingt}lesti舳essofair$pringb鼬ed0nthediⅡbrentinnuencefacto瑙．Keywords：airspring；non

5、linear6niteelement；ABAQUS；Venica

6、stiffness；latemlsti妇fness1概述铁道车辆二系悬挂弹性元件的刚度特性是决定车辆运行品质的重要因素之一，在客车与高速列车上体现得尤为明显。二系悬挂系统发展之初，大都采用钢弹簧作为二系悬挂系统的组成部分，在随后的发展过程中，采用了摇动台、减振器等方式，以期改善车辆运行过程中的平稳性与稳定性，但决定平稳性的静扰度在钢弹簧结构上却存在较大的缺陷。钢弹簧的刚度在设计之初即已确定，运行过程中无法改变，由公式(1)可知自振频

7、率决定于载荷的大小，这就使得钢弹簧具有一个较宽的自振频率范围，导致了车辆在重载和轻载下运行品质的差异。％：1仁(1)％5、／i⋯根据式(1)，为了提高车辆的平稳性，就必须尽可能地增加悬挂装置的静扰度，在钢弹簧作为二系悬挂的车收稿R期：20lO—06—27作者简介：陈鼎，在读硕士研究生，研究方向为机车车辆设计及理论。基金项目：中央高校基本科研项目(西交校2009—7)辆上，增加静扰度需使用较柔软的弹簧，这就导致了空重车之间地板面与轨道距离的不同，但由于存在车钩高度差的限制，过大的车钩高度差就有可能导

8、致车辆之间脱钩的危险。空气弹簧的问世，解决了钢弹簧悬挂系统所无法解决的难题。空气弹簧具有可调节的高度控制阀，很好地解决了空重车变化时稳定车辆地板面高度的问题；由于其刚度是随载荷的改变而改变的，由公式(1)可知，在任何载荷条件下空气弹簧的自振频率不变，这就使得空重车运行品质相当。此外，在隔音、吸振方面也优于普通钢弹簧。空气弹簧的这种可变刚度特性，取决于其结构参数和自身非线性性质。由于空气弹簧的结构是利用橡胶这种大变形材料作为腔体，柔性体空气作为内部介质所组成的部件，在设计计算时，准确评估其刚度具有较

9、大的难度，其可变的承载面以及复杂的结构变形都限制了计算的精度，影响列车运行的平稳性。本文通过建立空气弹簧万方数据陈鼎等·基于有限元的空气弹簧刚度分析·20lO年第6期的三维模型进行有限元分析，利用有限元软件ABAQUS模拟正常工况下空气弹簧的垂向与横向刚度特性并判定自身非线性性质以及结构参数对其刚度的影响，由此分析计算结果的实际意义。2非线性橡胶的有限元分析法与其他材料相比，橡胶材料具有大位移、大变形的特点，他在低应变区的弹性系数可以达到1MPa左右，而结构钢的弹性模量约为2×10