橡胶弹性元件疲劳寿命分析与优化方法研究

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1、分类号密级橡胶弹性元件疲劳寿命分析与优化方法研究研究生姓名：李志超指导教师姓名、职称：丁智平教授学科专业：机械工程研究方向：现代机械强度理论及应用湖南工业大学二○一五年六月十四日分类号密级橡胶弹性元件疲劳寿命分析与优化方法研宄Studyonanalyticapproachandoptimizationmethodforthefatiguelifeofrubbervibrationisolators研究生姓名：李志超指导教师姓名、职称:丁智平教授学科专业：机械工程研究方现代机械强度理论及应用论文答辩曰期答辩委

2、员会主湖南工业大学二〇一五年六月十四日湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：桌&沒曰期年6月十曰湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以

3、公布学位论文的全部或部分内容，可以釆用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签导师签名rjV斗日期：年<月,，日摘要随着高速列车的快速发展，轨道车辆已成为当前交通运输的重要组成部分，是我国快捷旅客运输的主流工具。当轨道车辆在铁轨上运行时，由于行驶轨道线路不可能是完全理想状态下的平直轨道，因而不可避免的会对行驶中的轨道车辆产生各种各样的振动激励，从而对运行中的轨道机车的舒适性、平稳性和安全性产生影响。为此，在轨道交通中大量的采用橡胶弹性元件，这些弹性元件主要起到

4、衰减振动，提高机车的舒适性和平稳性。作为轨道交通上使用的橡胶弹性元件，其可靠性直接关系到轨道机车的安全可靠性。尤其在高速运行的列车上，橡胶弹性元件是关键的零部件，一旦发生故障问题将危及整车的安全。橡胶弹性元件在使用过程中承受多向载荷作用，疲劳破坏是其主要的失效形式。因此，准确评估橡胶弹性元件在周期载荷作用下的使用寿命，为橡胶弹性元件的设计和开发提供理论依据，具有非常重要的工程实用价值。本文主要内容分为六章：第一章综述了国内外关于橡胶疲劳的研究方法与研究现状，讨论了橡胶疲劳寿命的主要影响因素；第二章综述了六种

5、常用的超弹性本构模型，进行了橡胶材料基础力学实验，利用本构实验数据对六种经典的超弹性本构模型进行了拟合，确定了用于有限元分析的本构模型参数；第三章综述了现有的被广泛应用的橡胶动态疲劳裂纹增长模型，进行了橡胶材料疲劳特性实验，确定了模型中的相关参数；第四章利用基于开裂能理论的疲劳寿命分析方法，对平板橡胶堆进行了寿命预测，并进行了产品验证性实验；第五章基于连续介质损伤力学理论，用三阶Ogden应变能函数导出橡胶材料疲劳损伤演化方程，建立了以等效应变范围为损伤参量的疲劳寿命预测模型，利用橡胶多轴疲劳试验数据拟合确

6、定寿命预测模型参数，并对轨道交通中使用的平板橡胶堆进行了寿命评估；第六章借助有限元分析软件，对平板橡胶堆进行了耐疲劳优化，通过优化的方法改善产品的结构设计缺陷，提高产品的使用寿命。最后，对论文的所有研究工作进行了总结，并对今后的研究工作提出了展望。I关键词：橡胶，平板橡胶堆，开裂能，形状优化，疲劳寿命IIABSTRACTWiththerapiddevelopmentofhigh-speedtrain,therailwayvehicleshavebecomeanimportantpartofthecurren

7、ttransportation,andarethemostpopularlyfasttransportationtoolsinourcountry.Whentherailvehiclesrunonthetrack,becauseoftheraillineissometimesdifficulttobecompletelystraight,itisinevitabletogenerateavarietyofvibrationfortherunningvehicles,whichinfluencethecomf

8、ort,stabilityandsafetyofvehicles.Tothisend,alargenumberrubberpartsareused,whichmainlydampvibration,andimprovethecomfortandstabilityofvehicles.Astherubberpartsofuseinrailtraffic,theirreliabilitydirectlyconcern