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轴箱橡胶节点抗疲劳机理的数值模拟分析

王伟达

  减振橡胶元件因其减振效果显著等优点,被广泛用于飞机、车辆、舰船以及机械设备等领域,但往往因其疲劳破坏而过早地失效,并因其疲劳失效而进一步引发其它关键部件的疲劳破坏。已有研究表明,由于橡胶特殊的材料非线性和几何非线性等特点,传统的有限元结构强度分析方法已经不能有效地预测减振橡胶元件的疲劳寿命,又由于国外技术的保密,我国在这方面的工作还处于起步阶段,故对于车辆等重要装备的减振橡胶元件还需要高价进口。因此,对于减震橡胶元件疲劳寿命的影响机理研究亟待开展。 橡胶疲劳失效的影响因素包括很多,如应力、应变、应变能密度、蠕变、频率、振幅及温升等,但本文仅考虑应力场、应变场、应变能密度场、蠕变及温升。本文对某车型的两种橡胶节点进行数值模拟分析,结合试验结果研究确定减震橡胶元件疲劳失效的主要影响因素。本文主要包括以下四个方面内容: (1)基于超弹性模型的橡胶衬套,分析了轴箱橡胶节点的应力场、应变场及应变能密度场,以及这些影响因素与疲劳裂纹产生部位的关系。 (2)提出已有粘-超弹性修正公式的松弛模量,将其推导为与ANSYS软件中松弛模量表达式一致的Prony级数,通过对粘-超弹性模型的参数修正及数值模拟验证,从而确定了适合本文研究对象的粘-超弹性模型参数。这为后期建立粘-超弹性模型,分析疲劳失效的主要影响因素奠定基础。 (3)基于静态粘-超弹性模型的橡胶衬套,分析了轴箱橡胶节点的蠕变与橡胶衬套表面疲劳裂纹产生部位的关系,以及蠕变与外刚套被芯轴磨损处的关系。 (4)在热分析中,分析了温升与芯盘处熔胶及橡胶衬套裂纹产生部位的关系;基于动态粘-超弹性模型,计算出橡胶衬套不同位置的滞后系数,间接地分析了内耗与橡胶衬套熔胶及疲劳裂纹产生部位的关系。 结果表明:应力集中对疲劳裂纹的产生部位已经不敏感,而疲劳裂纹的产生部位与应变集中位置更一致;蠕变与疲劳裂纹的产生部位及外刚套磨损处一致;温升较高处与芯盘熔胶及橡胶衬套表面裂纹产生的部位一致。 这对减震橡胶元件工程设计和疲劳强度设计理论的研究都将具有重要的指导意义。……   
[关键词]:橡胶节点;疲劳影响因素;抗疲劳机理;数值模拟
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连交通大学2011年