针对高速列车转向架悬挂系统中的弹性橡胶件,开展了基于物理参数的橡胶件非线性动力学建模方法研究;为准确模拟其非线性刚度与阻尼的硬度相关性、结构尺寸相关性、激励频率相关性和激励位移幅值相关性,采用有限元软件ABAQUS中的Mooney-Rivlin橡胶本构模型表征橡胶件的刚度与其结构尺寸和胶料硬度之间的相关性,采用包括分数导数阻尼力元、摩擦力元和弹簧力元的动力学模型表征橡胶件刚度和阻尼的频变、幅变特性,采用最小二乘法实现基于台架试验的模型参数识别;对橡胶垫和定位橡胶节点的非线性特性进行仿真和台架试验,验证了动力学模型的有效性;在SIMPACK软件中定义自编力元,进行车辆动力学性能分析,有限元模型为动力学模型提供了基础的模型参数。分析结果表明:橡胶垫和定位橡胶节点的刚度与胶料邵氏硬度基本呈正比关系,硬度80 HA对应的刚度约为60 HA时的2倍;载荷作用方向的胶料越少其对应方向的刚度越大;橡胶垫的轴向和径向刚度解耦,分别受高度和内外径尺寸影响,橡胶垫轴向刚度随高度的下降率为0.2~0.6 MN·m-1·mm-1;定位橡胶节点的芯轴尺寸改变引起其轴向和径向刚度同时变化,定位橡胶节点径向刚度随内径的增长率为3.1~5.2 MN·m-1·mm-1;采用非线性橡胶件动力学模型的车辆动力学仿真结果与传统等效力元模型结果差异为20%,说明橡胶垫和定位橡胶节点动态参数的非线性对车辆动力学性能有显著影响。

国家自然科学基金项目(51805451,11790282); 中央高校基本科研业务费专项资金项目(2682019CX43);

车辆工程; 车辆动力学; 转向架; 橡胶件; 动态特性; 非线性; 动力学仿真;

10.19818/j.cnki.1671-1637.2019.06.009

U270.33

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