车用膜式空气弹簧垂向弹性特性有限元分析及优化

摘要

空气弹簧作为钢板弹簧、螺旋弹簧的替代弹性元件，以其优良的减振性能在高速列车、汽车，甚至国外某些拖拉机的悬挂系统中也得到越来越广泛的应用。为了更好的掌握空气弹簧的力学性能，使其与车辆系统匹配，本文以车用自由膜式空气弹簧为研究对象，采用有限元的理论方法，应用非线性有限元分析软件ABAQUS建立了空气弹簧静、动特性有限元模型，通过对空气弹簧静、动特性的分析，探索了自由膜式空气弹簧位移和载荷以及频率和动刚度之间的非线性特性。 本文在对空气弹簧建模过程中橡胶模型的选取和材料参数的确定，帘线的几何特征在空气弹簧工作过程中的变化以及气体单元与橡胶气囊壁之间的相互作用，进行了详细的有限元推导。 在空气弹簧的静特性分析中，主要从不同的气囊初始压力、帘线角、帘线层数、帘线间距出发，讨论了在这些参数变化时，对空气弹簧的几何参数和弹性特性的影响；在空气弹簧动特性分析中，主要研究了不同初始压力、振动频率和幅值时空气弹簧动刚度和频率之间的关系。 应用DSA分析手段，讨论了空气弹簧的设计参数对空气弹簧局部应变能密度的影响。对计算结果进行分析后，改变空气弹簧设计参数并做出优化，为空气弹簧的设计制造提供了一定的理论依据。 通过空气弹簧特性试验与有限元分析模型结果的对比，验证了空气弹簧弹性特性有限元分析的正确性。

目录

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摘要

第一章绪论

1.1空气弹簧的结构、分类及特点

1.1.1空气弹簧的结构

1.1.2空气弹簧的分类

1.1.3空气弹簧的特点

1.2空气悬架的发展历史及特点

1.2.1空气悬架的发展历史和现状

1.2.2空气悬架的特点

1.3本文的研究意义及内容

第二章空气弹簧有限元分析

2.1 ABAQUS有限元软件简介

2.2橡胶材料非线性特性

2.2.1橡胶材料的本构关系

2.2.2 Mooney-Rivlin模型应变能密度函数

2.2.3超弹性材料参数的确定

2.2.4 Mooney-Rivlin材料模型参数的推导

2.3橡胶气囊帘线层的模拟

2.4气体单元

2.4.1气体与囊壁的相互作用

2.4.2气体容积的计算

2.5接触分析

2.5.1基本接触理论

2.5.2接触条件的判断与修正

2.5.3接触迭代收敛的判断

本章小结

第三章空气弹簧有限元分析模型的建立

3.1空气弹簧静特性有限元模型的建立

3.1.1单元选择

3.1.2网格划分

3.1.3边界条件和接触条件

3.2空气弹簧动特性有限元模型的建立

3.3空气弹簧帘线材料参数的获取

3.4空气弹簧静特性试验验证

3.4.1试验方法与试验原理

3.4.2空气弹簧特性试验

3.4.3计算结果与试验结果的对比分析

本章小结

第四章空气弹簧垂向弹性特性分析

4.1空气弹簧静特性有限元计算

4.1.1不同初始压力下的弹性特性

4.1.2不同帘线角和帘线间距下的弹性特性

4.1.3不同帘线层数下的弹性特性

4.3空气弹簧动特性有限元计算

4.3.1初始气压0.4MPa的动特性计算

4.3.2初始气压0.5MPa的动特性计算

4.2.3充气压力0.3MPa的动特性计算

本章小结

第五章关于影响空气弹簧带束层应变能密度的设计参数敏感度分析(DSA)

5.1 Design sensitivity analysis(DSA)基本原理

5.1.1非线性平衡问题的总位移DSA公式

5.1.2计算方法

5.2 DSA分析模型的建立及分析

本章小结

第六章全文总结

参考文献

致谢

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