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基于刚度匹配下的沙漏簧结构优化与疲劳验证

李微  
【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。


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