crh2动车组空气弹簧垂向力学性能分析

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1、科技创新2014年第7期I科技创新与应用CRH2动车组空气弹簧垂向力学性能分析徐涛王红商跃进(兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州730070)摘要：对CRH2动车组空气弹簧非线性问题进行了分析，得到了材料非线性、几何非线性和状态非线性在仿真分析中的处理方法。用ABAQUS有限元软件建立了空气弹簧的有限元模型。计算了空气弹簧的垂向刚度，并分析了胶囊内气体初始内压、帘线角度和下座橡胶堆对垂向刚度的影响。有限元计算结果显示，空气弹簧的垂向刚度随气体初始内压的增加而增加，随帘线角度的增大而减小。关键词：有限元法；abaqus；空气弹簧；垂向刚度空气弹簧属于具有自适应性弹性元件，刚度可随载荷的变化而

2、衡，保证了乘坐舒适性。适当调节_lJ。目前随着铁道车辆轻量化、高速化发展，空气弹簧发展在本文研究中，假设胶囊内的气体为理想气体，并且温度是恒与应用前景更为广阔了目。我国的CRH系列动车组也均采用了空气定不变的，即等温变化。由理想气体方程：弹簧作为二系悬挂。在以往的研究中往往将胶囊内的气体压力简单PV=nR(4)处理为胶囊内壁压力，本文在计算过程中采用空气单元模拟胶囊内式中，P一气压，V一容积，n一摩尔数，R一气体常数，T一温度。空气。研究以CRH2动车组空气弹簧为研究对象，采用ABAQUS有由于本文分析中没有考虑节流阀的作用，所以胶囊内的气体质限元软件分析其垂向刚度。量不会产生变化，从而有

3、PV=常数。1空气弹簧非线性成分分析图1是一个流体单元，四个节点与其它单元的节点共用，随着1．1橡胶材料计算模型其它单元节点位置变化而变化。因此在计算中，由边界节点的位移空气弹簧的胶囊是空气弹簧的主要承载部件，是由交叉的多层可以得到某个单元的体积变化AV。为气囊内多有气体单元选取一帘线层和橡胶层组成的复合材料结构，是典型的非线性材料。空气弹簧中的下座橡胶堆部分和胶囊部分都采用了橡胶材料。个参考节点，就可以得到胶囊内气体的变化量AV=AV=∑AVe。t311~t在计算过程中假设空气弹簧系统中橡胶材料的体积是不可压式(4)就有：缩的，并且在实际情况下胶囊和橡胶堆的橡胶材料实际变形不是很P：三(

4、5)大，故可采用Mooney—Rivlin模型。V0+AVW(hl2)=C*o(h一3)+Co1(12—3)(1)式中，v初始橡胶容积。11=2+A2+入；(2)1．4接触问题，：=+i+(3)上下盖板和胶囊的接触对空气弹簧的力学性能有很大的影响式中：C。，C。为超弹性材料参数；I1，I2为第1和第2应变常量；。，，为3个主拉伸方向的伸长量。1．2帘线的处理研究空气弹簧胶囊铺层中的帘线层数为2层。帘布层作为空气弹簧的主要承载部分，采用高强度的纤维尼龙材料。在本文分析模型中，胶囊模型采用壳体单元，帘线层采用rebar单元，帘线层相对于胶囊子午线方向分别成8。和一8。布置，帘线层厚度为lmm，

5、帘线横截面面积为lmm，在壳体内的间距为3．5mm，re—bar单元材料选取16Mn钢，杨氏模量为0．21Mpa，泊松比0．3。1．3气体单元在动车组实际运行中，簧上质量的变化改变了胶囊的形状，进而改变了胶囊内部气体的压力，从而实现支反力和载荷的动态平2空气弹簧的有限元模型图1ABAQUS中的气体单元⋯⋯⋯⋯一⋯一—理癌：廿⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯一j⋯⋯她⋯⋯⋯⋯⋯⋯～～一⋯糯孽麟莉}国j一⋯一熙⋯⋯}露¨n黉⋯一一一～翳图7距离计算与报警程序2图8倒车界面汽车倒车时与障碍物距离和PO．5、P0．6、P0．7三路接收到的但若将其他一些功能，如行车数据采集、显示等加入进去，便具有较HC—SR04发

6、出的高电平时间成正比，因此只要分别测得每路接收高的性价比，可有一定的可行性。到的高电平时间即可计算出与障碍物的距离。参考文献距离计算与报警程序如图6和图7所示。[1]裴峰，汪翠英，张正华．虚拟仪器的数据采集方案探讨Ⅲ．现代电子当汽车档位检测检测到档位为倒档时，启动倒车距离测试程技术，2005(11)．序，超声波测距模块HC—SR04安装在汽车的正后方、左后方、右后『21范君乐，王竹林．基于DAQmx系统的数据采集方法[J]．重庆工商学方三个点，当某一个测试点与障碍物距离小于1米时对应的报警灯院学报，2006(6)．进行闪烁报警。倒车界面如图8所示。[3博雯，徐洋，胡彬．虚拟仪器技术在汽车测

7、试中的应用[J]．重庆工商3结束语学院学报，2009(7)．使用计算机虚拟仪器进行汽车倒车报警设计上简单灵活，且具作者简介：周全(1983，10一)，男，汉族，籍贯：安徽宿州，硕士学有灵活的功能拓展性，但其缺点是需要借助上位机实施，较为不便，位，讲师，研究方向：汽车电子技术。一33一