基于显式积分技术求解大变形橡胶减振元件非线性准静态刚度的方法.pdf

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1、第33卷，第3期中国铁道科学V01．33No．32012年5月CHINARAILWAYSCIENCEMay．2012文章编号：1001—463212012)03—0074-05基于显式积分技术求解大变形橡胶减振元件非线性准静态刚度的方法黄友剑1，张亚新1，卜继玲1，刘友梅2(1．南车株洲时代瓶树料科技股份有限公司，湖南株洲4120072．南车株洲电力机车厂有限公司，湖南株洲412000)摘要：将实验测试时『日J作为计算的加载时问，能够得到与试验等效的橡胶件准静态刚度曲线；金属部件的模拟采用不影响计算时『日J步长的刚体单元代替可变形的有

2、限尊元，可将计算时间缩短20倍；质量缩放因子取2．3X10。，泊松比取0．495，对橡胶件的体积可压缩性进行软化，以达到缩短计算时fHJ和保证计算精度的目的；设置橡胶材料的黏性，能够抑制求解过程中出现的数值振荡现象。仿真计算分析与实验结果表明：与隐式积分技术相比，采用显式积分技术能够使大变形工况下橡胶减振元件非线性准静态刚度仿真计算的收敛性提高30％，而动能与内能之比仅为1．5％；在橡胶件垂向压缩量为O～30rflzn时，采用显式积分技术得到的仿真计算结果与实验结果基本吻合，误差仪为5．5％。研究结果表明，显式积分技术适合用于橡胶件开

3、发过程中对其大变形工况下准静态刚度的仿真计算。关键词：显式积分技术；准静态刚度；质量缩放因子；橡胶减振元件中图分类号：U260．111文献标识码：Adoi：10．3969／j．issmi001—4632．2012．03．12工程上用于减振降噪的橡胶元件在设计时需要40mlTl；根据橡胶件准静态加载实验的要求，按满足的技术性能大多为刚度和疲劳2个指标，而准10mm·rain-1的速率加载，则垂向压缩形变40静态刚度是橡胶件设计时首先需要满足的技术参nll-n所需要的加载时间为Tll=240s。数，是评价橡胶件隔振性能的基础。因此，在产品

4、使用显式积分技术求解橡胶件的准静态刚度，设计时准确地预测橡胶件的准静态刚度特性曲线，如求解设置的加载时间与实际测试准静态刚度的加是产品开发是否成功的关键。载时间相等，则得到的准静态刚度曲线是与试验等某型高速动车组上使用了一款橡胶弹簧，在开效的。根据显式积分技术的求解原理，求解橡胶件发该款橡胶件的过程中，利用Abaqus软件的隐式准静态刚度所需要的计算时间由模型单元的最小时积分技术来模拟其垂向准静态压缩承载特性，当载间步长控制[⋯。对于单元尺寸Le】=2mm的橡胶件模型，其满足计算稳定性的最小时间步长t脚和荷增加到17kN、位移达到30

5、mnl时，局部橡胶计算所需要的时间T’n为区域的网格因大变形导致单元严重扭曲、甚至橡胶单元表现出体积自锁，使分析过程不收敛C1-2]，从t叫=FL,eI一—'=====三兰兰：===(1)L山／虽l!二业而无法模拟出橡胶件全部承载下的准静态刚度特性～(1+y1)(1—291)阳曲线。因此，本文研究如何利用显式积分技术求解(2)橡胶件准静态刚度的方法。nt一导式中：La，为橡胶材料的波长；L。。为橡胶单元最少1显式积分技术求解橡胶件准静态刚长度；n为橡胶材料的密度；v，和Et分别为橡胶度的基本原理材料的等效泊松比和弹性模量。取El=5N

6、·nml-2，Yl=0．49995，朋=1-2X本文所研究的橡胶件，其最大的垂向压缩量为10-9g·咖Tl_3，代八式(1)可得tA,=10-7s，将‰收稿日期：2011-07—101修订日期：2011—10-12基金项目：国家。八六三”计划项目(2008AA030706)；中国南车科技资助项II(2009NCK084)作者简介：黄友剑(1974一)，男，湖南株洲人，高级工程师。第3期基于娃式积分技术求解大变形橡皎减振元件非线性准静态刚度的方法75代人式(2)得R=2．4X109s。采用显式积分技术求成不同程度的影响，因此应用该技术的

7、关键问题是解橡胶件的准静态刚度所需的计算时间约为76年。在用Abaqus计算橡胶件准静态刚度时选择一个既这种方案在实际计算中是不可能采纳的。根据式(1)可确保计算精度又能提高分析效率、并使计算时间和式(2)调整参数以加快计算进程，使计算时间在在可接受范围内的质量缩放因子m。可接受的范围内，这就是使用显式积分技术求解橡胶橡胶材料是典型的应变率相关性材料，在计算件准静态刚度的基本原理L“。准静态刚度时，不能人为提高加载速率，但可使用对于橡胶材料来说，模拟过程是否为准静态与加载速率等效的质量缩放因子来提高计算效率。的，可通过判断橡胶材料的动

8、能是否超过其内能的对于本文研究的橡胶件，质量缩放因子优可由下10％来判断，若超过了，那么模拟过程不是准静式计算。112态的。m2(∞，哉)2利用显式积分技术求解橡胶件静PJ0式中：瓦为橡胶垂向振动最低阶模态的周期。经计算