基于温度和频率的橡胶本构模型及减振器振动性能研究

随着我国航天事业的高速发展,特种电子通信设备等各类电子设备被广泛应用于航天器中。由于在发射过程中的剧烈振动,以及在太空中可能遇到的各种冲击和压力变化,这类电子设备的振动问题需重点关注,常采用橡胶减振器进行减振。针对橡胶减振器,首先考虑橡胶材料的频率相关性与温度相关性,推导了修正六参数分数导数模型;其次对带橡胶减振器的电子设备进行了正弦与随机振动试验;再次对结构进行有限元分析,并将有限元分析结果与试验结果对比;最后通过有限元分析预测不同温度的减振性能。结果表明,修正六参数分数导数模型能够较好地表征橡胶振动性能,且橡胶减振器具有良好的减振性能,但其减振效果随着温度降低而下降。

基于橡胶本构模型管路隔振器性能仿真研究

采用管路隔振器是降低船舶管路系统振动噪声传递的有效手段,但舰船管路比较复杂需要根据管路规格设计系列化隔振器。如何有效地预报不同规格管路隔振器在实际使用过程中的性能是管路隔振器系列化设计亟待解决的问题。为此本文通过橡胶拉伸试验拟合橡胶超弹性本构参数,利用有限元方法对多款隔振器性能(静变形和固有频率)进行仿真计算,并由试验对计算结果进行验证。结果表明,设计的隔振器数值仿真与试验结果误差率均低于10%,证明该参数能有效预报多规格隔振器性能。本文结果可为舰船管路隔振器系列化设计提供指导。

基于Burgers黏弹性模型的P型橡胶水封长期服役止水密封性仿真

为了研究闸门P型水封在长期服役过程中的力学性能,采用黏弹性有限元法对水封服役过程中受力特性和变形特性演化进行了仿真分析。首先,基于橡胶材料的蠕变实验数据,利用最小二乘法原理分别确定了描述橡胶材料蠕变特性的不同黏弹性本构模型参数。其次,在ANSYS软件中基于不同本构模型对橡胶材料蠕变实验进行仿真,通过与实验结果对比表明:Burgers模型比标准线性固体模型能更准确地反映橡胶材料在黏弹性过程中的蠕变现象。最后,基于Burgers模型对不同材料的闸门P型水封长期服役过程进行黏弹性仿真,通过参数分析研究了水封材料黏弹性、库压、预压量等对水封长期工作过程中关于止水密封性的接触应力和接触宽度的影响。

橡胶隔振器非线性动力学模型理论与实验研究

基于静态压缩实验、广义胡克定律和应变能密度推导了描述橡胶超弹性的本构关系,进而获得了橡胶隔振器静态刚度模型;在此基础上,提出基于动态激振实验的动态刚度模型,该模型由橡胶隔振器静态刚度、位移系数和频率系数组成。在此基础上,对单自由度质量-隔振器系统进行数值仿真和实验测试,二者获得的系统的固有频率基本吻合,验证了所提出的橡胶隔振器动力学模型的正确性。研究结果为获得橡胶隔振器静、动态刚度模型提供了简洁、实用的思路,并为研究含有隔振器的动力系统的动力学特性提供了理论基础。

基于有限元法的山型水封封头形状研究

山形自封闭水封广泛应用于高水头、超高水头闸门止水装置中,其止水性能受封头形状影响较大,为了探究封头形状对山形自封闭水封止水性能的影响,基于非线性有限元方法对山形自封闭水封止水装置进行仿真分析。根据水封材料试验数据采用最小二乘法得到水封材料Mooney-Rivlin模型本构参数。通过建立山形自封闭水封止水装置有限元模型并将水封有限元仿真结果与模型试验结果进行对比,验证水封有限元仿真方法可靠性。再对不同工况下不同封头半径、封头偏心距的山形自封闭水封止水装置施加相应荷载及约束并进行有限元仿真计算,得到山型自封闭水封在不同工况下的接触应力、接触宽度、变形情况等。在山型自封闭水封设计中,应根据实际情况选取中等偏大的封头半径和合适的封头偏心距。

有限元法在机车车辆橡胶元件设计中的应用

介绍了橡胶作为超弹性材料在改善机车车辆动力学方面的重要作用、橡胶的基本力学性能、应变能函数和有限元法常用的几种本构模型及其不同的应用范围;再列举了几种典型机车车辆用橡胶零件的有限元分析和产品试验结果对比情况,包括应力、应变、产品的疲劳性能、刚度性能等。通过对橡胶弹性元件的有限元分析计算经验的积累,同时与试验结果结合起来对分析结果进行适当修正,完全可以达到降低开发成本、提高效率的目的。

提速车辆转向架橡胶球铰刚度分析

根据提速客车转向架橡胶球铰的结构特点,结合橡胶的本构模型及相关系数,利用ABAQUS软件对其径向刚度、轴向刚度、偏转刚度和扭转刚度进行了分析,并将计算结果和试验结果进行了比较。结果表明:计算结果和试验结果具有较好的一致性,利用有限元分析能指导橡胶球铰及同类产品的结构设计。

橡胶材料的各向异性与分子链取向分布关系

橡胶类材料是一群长而柔顺链的集合体,由于外界(力、温度)的作用,这些链经历着构象的重排.拉紧时,链的某些构象得不到了,导致熵的减少.橡胶的应力主要是由构象熵引起,橡胶的内能几乎不依赖于橡胶的变形.各向同性橡胶材料分子链的取向分布是均匀的,Wu和Giessen研究了各向同性橡胶在三轴变形情况下的材料本构关系,研究了橡胶材料在三轴变形条件下分子链的取向分布演化.在Wu和Giessen工作的基础上,本文研究了分子链取向分布的描述方法,推导出包含分子链取向系数效应的橡胶材料本构关系,给出各向异性橡胶在复杂变形状态下分子链的取向分布演化表达式,给出各向异性橡胶材料小变形小转动情况下的本构关系显表达式.

高速列车浮式地板振动响应有限元分析

针对采用试验方法开发高速列车浮式地板耗时耗力,且试验规模小,不能反映整车的振动效果的问题,基于有限元法进行高速列车振动响应分析.对三明治夹芯理论、蜂窝板理论和等效板理论进行比较,确定采用等效板理论数值模拟某浮式地板中的蜂窝板;利用橡胶材料的超弹性理论拟合橡胶材料参数;建立完整模型模拟实际工况下浮式地板的振动响应,得到浮式地板的隔振效果.结果表明此浮式地板的隔振效果约为90%,满足设计要求.

基于Mooney-Rivlin模型的高水头伸缩式水封非线性仿真

为探究背压、库压等参数对伸缩式水封止水性能的影响,建立了高水头伸缩式闸门水封的非线性有限元模型,对橡胶材料在止水过程中的受力性能及变形特性进行了数值仿真。首先,基于最小二乘法原理对橡胶材料单轴拉压及纯剪切的试验数据进行曲线拟合并且确定了Mooney-Rivlin本构模型参数,基于ANSYS软件建立了高水头伸缩式水封的仿真模型,通过APDL语言实现了封头接触状态的判断及侧向库水压力的循环迭代施加;其次,分析了含不同参数数量的Mooney-Rivlin模型对仿真精度的影响,并与模型试验对比验证了仿真的有效性;最后,通过参数分析研究了水封自由外伸量、接触应力、外偏移量在不同工作阶段随水封所受背压、库压以及止水面板与压板之间初始间隙变化的规律。

动车组通过小半径曲线工艺转向架设计研究

根据小半径曲线弯道特性,设计一款具有通过小半径曲线能力的动车组工艺转向架。采用有限元软件分析该转向架构架结构静强度,运用Mooney-Rivlin和Ogden橡胶非线性本构模型对其关键支撑连接部位的橡胶堆旁承进行仿真分析。研究结果表明:该工艺转向架具有良好曲线通过性能,且构架满足结构静强度要求。线路实测试验的橡胶堆变形结果与MooneyRivlin模型预测非常吻合,能够保证动车组车体顺利通过小半径曲线并按A3修工艺线路运转。