弹性车轮压装过程仿真计算.pdf

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1、第34卷第5期大连交通大学学报Vo1．34No．52013年10月JOURNALOFDALIANJIAOTONGUNIVERSITY0ct．2013文章编号：1673—9590(2013)05—0046—05弹性车轮压装过程仿真计算石怀龙，戚援，黄彪，王建斌，郭金莹(1．西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031；2．常州南车铁马科技实业有限公司，江苏常州213125)米摘要：建立包含橡胶件的弹性车轮有限元模型，基于Abaqus软件仿真模拟弹性车轮组装过程．分析橡胶材料的力学特性，采

2、用Mooney—Rivlin本构模型模拟其超弹性特性，考虑橡胶件大变形且不可压缩特性，建立多个接触关系和变步长反复迭代方法以保证计算收敛和缩减计算规模，研究压装过程各部件应力变化情况．仿真结果显示：压装完成后弹性车轮整体最大von—Mises应力为129．1MPa，出现在压环与轮心过盈配合面处；最大径向应力为143．3MPa，出现在轮心辐板圆弧过渡处．压装完成后弹性橡胶件最大yon—Mi—ses应力为8．1MPa，径向应力均处于压缩状态．压装完成后轮毂与橡胶接触面应力在边缘位置处较大，轮缘侧应力略

3、大于另一侧，且边缘位置应力大于中心位置处应力3倍．压装过程中轮心辐板位置最大应力随压装进行逐渐变小，最大应力位置逐渐靠近辐板厚度较薄的圆弧过渡处．压装应力作为车轮运营过程中的预应力．关键词：弹性车轮；压装过程；橡胶非线性；Abaqus；应力分布文献标识码：A0引言采用有限元法模拟弹性车轮压装过程，考虑橡胶件的非线性特性及大变形情况，根据实际压弹性车轮因其良好的减振降噪特性而倍受关装过程中部件接触情况在部件之间建立多个接触注，广泛应用于城市轻轨车辆，也因1998年德国对，采用变步长反复迭代计算方法保

4、证积分收敛高铁ICE事故引发各国学者对其特性的深入研究及结果的准确性，细化各接触面之间的网格以保和讨论．弹性车轮可降低簧下质量，减小轮轨冲击证接触滑移的稳定性，研究压装过程中接触面间力从而改善车辆运行品质和减轻车轮磨耗，并通应力变化情况并校核各部件应力分布．过橡胶件截断声传播路径而使噪声降低。』．德、美、英和日本等国在城市有轨电车、轻轨车辆上采1橡胶材料模型用橡胶弹性轮对已有多年历史，在减少轮轨噪轻轨车辆弹性车轮采用的橡胶件通常为碳黑声、降低轮轨间的动作用力方面取得了明显的效填充硫化橡胶，该材料广

5、泛应用为减振、隔振等工果J．相比整体刚性车轮，弹性车轮工艺复杂，其疲程材料，具有大变形特性、动态刚度／阻尼特性、幅劳强度及结构可靠性成为研究重点．但关于弹性车值软化Mullin效应特性等复杂的力学特性．轮压装过程中及压装完成后部件应力变化情况的研弹性轮对橡胶材料特性模拟为超弹性，其材究较少，压装应力作为车轮运营过程中的预应力，各料的非线性特性用应变能函数表述．材料在变形部件问应力分布影响着车轮疲劳寿命等安全性问过程中体积没有明显变化，具有不可压缩性⋯．题，通过模拟弹性车轮压装过程，获取压装应力及各

6、用于描述不可压缩且各向同性的材料模型种类很部件应力分布情况具有重要意义．多，如Arruda—Boyce、Marlow、Mooney—Rivlin、Neo一米收稿日期：2013—04—28基金项目：“十一五”国家科技支撑计划资助项目(2009BAG12A02)；国家973计划资助项目(2011CB711100)；教育部创新团队发展计划资助项目(IRTlI78)；教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET一10一O064)作者简介：石怀龙(1986一)，男，博士研究生，主要从事车辆动力学及强度的研

7、究E-mail：hlshi@126．con．—第5期石怀龙，等：弹性车轮压装过程仿真计算47Hookean、Ogden、多项式模型、减缩多项式模型、胶块和压环组成，通过组合压装而成为一个整体，Yeoh模型和VanderWaals模型．减缩多项式和其结构如图1所示．车轮组装时先固定轮心，预先Mooney．Rivlin模型可以看做是多项式模型的特殊将橡胶块卡在轮辋中，通过压环推动轮辋直至完形式，而Yeoh、Neo．Hookean应变能可看做减缩多全配合．压环与轮心采用过盈配合方式，并通过紧项式模型的特

8、殊形式，因此可统一称为多项式模固螺栓进行加固．型11-13]．多项式模型应变能函数定义如下：c(，-一3)i(，z一3)1(je=一1)2f(1)式中，为应变能密度函数；Ⅳ为材料相关系数；cD为温度相关的材料参数；，和，为第一、图1弹。陛车轮结构图2弹性车轮有限元模型第二应变不变量，定义如下：在Abaqus中建立车轮有限元模型如图2所示，车轮新轮状态直径为660mm，压环与轮心过，1=A；+A+A；，，2=A+A+A盈量为3mm．采用六面体实体单元离散．轮辋、轮(2)心和压环单元类