基于刚度匹配下的沙漏簧结构优化与疲劳验证

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1、学校代码10530学号201230131806分类号O343.5,U463.33+4密级硕士学位论文基于刚度匹配下的沙漏簧结构优化与疲劳验证学位申请人李微指导教师赵荣国教授程海涛教授学院名称土木工程与力学学院学科专业固体力学研究方向新型材料的力学性能二○一五年四月二十日湘潭大学学位论文原创性声明立进行研究所本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独取得的研究成果。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，巧己在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

2、曰期月又＞曰作者签名：＞／庐分４艮学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可！＾将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、缩印或扫描等复制手段保存和汇，可Ｗ采用影印编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名做曰期础Ｔ年月处曰建FatigueVerificationandStructuralOptimizationofHourglassSpringBasedonStiffnessMatching

3、CandidateLiWeiSupervisorProfessorZhaoRongguoProfessorChengHaitaoCollegeCollegeofCivilEngineeringandMechanicsProgramSolidMechanicsSpecializationMechanicalPropertiesofNewTypesofMaterialsDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateApril20,2015摘要随着轨道交通业不断的发展，人们对舒适性和轨道车辆的速度的要求越来越高。橡胶结构在设

4、计开发中越来越难，主要难点有刚度和疲劳问题。运用结构优化技术对于金属材料来说研究较多，然而对于橡胶材料目前研究较少。本文是以沙漏簧为研究对象，为了满足刚度匹配要求和提高疲劳性能，对沙漏簧的几何尺寸参数进行优化设计。基于沙漏簧垂向刚度对结构参数的敏度分析，应用ISIGHT建立沙漏簧刚度匹配的设计方法和流程。论文针对沙漏簧刚度匹配优化及提高沙漏簧疲劳寿命展开研究，主要内容如下：1.介绍橡胶材料及在轨道车辆中的应用，阐述橡胶参数优化对开发设计的重要意义，概述结构优化方法理论的研究进展，简述本文要研究的内容。2.简要介绍超弹本构模型，对橡胶材料的分别进行单轴拉伸、等双轴拉伸和平面拉伸等基本力学

5、性能试验，并对常用的几种橡胶超弹性本构模型进行分析，结果表明，采用减缩多项式可较好地描述橡胶材料超弹性力学行为。3.沙漏簧是空气弹簧系统中的组成部分，应用Abaqus软件建立沙漏簧有限元模型。基于垂向载荷作用下沙漏簧刚度对结构参数的敏度分析，研究不同载荷条件下沙漏簧简化模型结构参数对刚度的影响规律。以不同载荷条件下的刚度匹配为目标，提出一种考虑多个设计变量的数学模型，并应用该模型对沙漏簧的结构参数进行优化设计。4.对优化后的结构模型进行验证，以最大主应变为损伤参数，在单轴载荷条件下对原始沙漏簧结构和优化后沙漏簧结构进行疲劳寿命对比，结果表明，优化后的沙漏簧结构的服役寿命得到提高。关键词

6、：沙漏簧；结构优化；刚度匹配；敏度分析；疲劳寿命IAbstractWiththedevelopmentofrailtransitindustry,peoplehaveincreasingrequirementsfortheamenityandspeedofrailwayvehicles.Itishardertouserubbermaterialsinthedesignanddevelopmentofrailwayvehicles'parts,mainlybecauseoftheirstiffnessandfatigue.Manystudiesareabouttheapplication

7、ofstructuraloptimizationmethodonmetalmaterialswhileonlyafewareabouttheapplicationofthatmethodonrubbermaterials.Takinghourglassspringastheresearchobject,thisthesisoptimizesthegeometricparametersofhourglassspringtomeetstiffnes