新型长方体形囊式空气弹簧垂向动态特性研究

空气弹簧是一种刚度可变,同时固有频率基本不随载荷变化的非线性隔振元件。在狭长空间中,长方体形空气弹簧比回转体空气弹簧具有更高的空间利用率。在现有回转体空气弹簧动态特性理论研究基础上,考虑了系统振动频率对多变指数与垂向动态特性的影响,建立了空气弹簧非线性刚度模型,推广了垂向刚度计算公式,并提出概念绝热频率阈值。设计了一种新型长方体形囊式空气弹簧并进行了试验研究,结果与理论预测符合良好。同时通过与商用空气弹簧的动态特性对比,展现了该设计承载能力大、空间适用性高的优点。     

囊式空气弹簧刚度特性的非线性有限元法研究

利用非线性有限元方法，研究由多层复合材料组成的空气弹簧的垂向和横向刚度特性，分析大变形的几何非线性、空腔内空气的状态非线性和胶囊与金属裙板形成的接触非线性，得到了空气弹簧刚度非线性特性的精确描述，并讨论了橡胶囊各参数对空气弹簧垂向和横向特性的影响。通过与试验结果比较，证明了该方法确实可行。     

用有限元法分析胶囊对空气弹簧垂向特性的影响

利用非线性有限元方法,研究由多层复合材料组成的空气弹簧的垂向刚度特性,分析大变形的几何非线性、空腔内空气的状态非线性和胶囊与金属裙板形成的接触非线性,得到了空气弹簧垂向刚度非线性特性的精确描述,并讨论了橡胶囊各参数对空气弹簧垂向特性的影响.     

多曲囊式空气弹簧非线性弹性特性研究*

[摘要]分析了多曲囊式空气弹簧的材料、几何和接触等非线性力学特性,提出采用非线性有限元研究空气弹簧非线性弹性特性的方法。根据有限元方法建立了空气弹簧的有限元分析模型,进行了有限元计算和试验研究,计算结果与试验结果吻合较好,验证了所采用的研究方法和分析模型的正确性和有效性。在此基础上,研究了充气压力、胶囊参数及附加气室容积对空气弹簧弹性特性的影响,结果表明：空气弹簧的承载能力和刚度随充气压力增加而增大;胶囊的帘线角和附加气室容积对空气弹簧弹性特性有较大的影响;帘线网格间距、帘线层间距、帘线层数及帘线材料对空气弹簧弹性特性影响不大。     

膜式空气弹簧非线性垂向刚度研究

基于Firestone 公司生产的1T15M-2膜式空气弹簧,运用膜式空气弹簧的理论刚度计算公式对空气弹簧的垂向刚度进行了分析。通过在ANSYS中建立该空气弹簧的精确模型,运用非线性有限元并逐次迭代的方法进行了计算,得到了空气弹簧在三种不同气压下的垂向刚度。仿真及理论计算的垂向刚度与试验数据基本一致。理论分析表明由有效面积变化产生的垂向刚度最大达到了总垂向刚度的一半以上,计算时不能忽略不计。该方法对于任意截面活塞的空气弹簧垂向刚度的计算有一定参考价值     

空气弹簧刚度的有限元分析方法

在简要分析了确定空气弹簧刚度传统方法的基础上，从有限元的角度，提出了分析空气弹簧刚度的新思路，并初步解决了用有限元分析空气弹簧刚度需要解决的几何非线性，气压载荷变化等问题，而后，以回转型空气弹簧为例，分析了其垂向刚度特性，分析结果表明，用有限元分析空气弹簧刚度是可行的，最后，根据空气弹簧的实际情况，提出改进分析的措施。     

长方体形空气弹簧刚度计算

空气弹簧的静、动态刚度及阻尼特性可随要求而改变,特别是它的刚度非线性,可自动避开共振,从而有效地抑制共振振幅。本文就长方体形空气弹簧的刚度特性展开研究,根据气囊体几何形状的改变情况,推导出了计算刚度的表达式。     

空气弹簧多变过程的有限元模拟

由于当前的有限元软件无法计算空气多变过程,导致空气弹簧垂向刚度预测偏差较大。为了解决这个问题,该文提出了空气弹簧多变过程有限元模拟的解决方案。基于虚功原理,推导了充气结构的有限元方程;基于理想气体状态方程,通过引入多变指数得到多变过程的气体弹性常数,并使用ABAQUS软件的用户自定义单元二次开发程序接口UEL开发了多变空气单元。通过与实验对比,发现该文提出的多变空气单元可以精确预测空气弹簧在不同频率、不同载荷和不同附加气室情况下的垂向刚度,从而验证了该文方法的有效性。     

动车组空气弹簧节流孔直径优化研究

为研究铁道车辆二系垂向阻尼装置由减振器变为节流孔带来的改变,基于某高速动车组动力学试验和该动车组所用空气弹簧动态特性试验,建立其动力学模型。从车体垂向平稳性、振动加速度角度分析节流孔直径选型。结果表明:空气弹簧节流孔不仅能影响垂向阻尼,同时也影响垂向刚度;分析垂向平稳性时可以考虑选择0.7 Hz激振频率下空气弹簧刚度和阻尼特性等效其非线性特性;变减振器为节流孔后,节流孔能有效减小垂向振动加速度均方根值;在列车运行速度高于150 km/h时,建议减振器阻尼范围为10 Ns/mm至20 Ns/mm,节流孔直径范围为12 mm至16mm;比较两种阻尼装置,建议选择节流孔提供阻尼。     

空气弹簧强度分析

应用复合材料理论，对空气弹簧的单层帘线橡胶的应力一应变关系及力学参数进行了计算．运用有限元方法对空气弹簧进行了应变分析，用所得到的数值结果，结合多层帘线橡胶的力学特性以及单层帘线橡胶的强度理论，对空气弹簧进行强度分析．计算结果表明，囊体的栽荷主要由帘线承受．     

囊式空气弹簧隔振器的特性计算研究

提出了囊式空气弹簧隔振器的静、动态刚度特性的设计计算方法。在分析了以薄壳及气体状态方程为基础的计算模型后．针对解决囊内气体压力跟随问题的计算难点．设计了计算方法及步骤,并进行了总控制及分运算编程．对一研制的枕状形气囊隔振器进行了特性计算，分析了影响隔振器特性的几个重要因素,计算与试验结果有很好的一致性。该方法计算精度满足工程应用，实用性强，方便灵活。     

弹簧安装方式对质量非均衡产品缓冲系统的影响

目的为研究质量非均衡产品在不同弹簧隔振器安装方式下缓冲包装系统的振动响应特性。方法建立质量非均衡产品缓冲包装系统的数学模型,采用四阶龙格库塔法对振动响应进行对比分析,通过有限元仿真模拟侧向弹簧不同数目和安装位置点的质量非均衡产品的振动响应特性,并分析其修正的可行性,再进行验证。结果侧向弹簧数目为1时安装在侧棱中点,侧向弹簧数目为2时安装在侧棱上对非均衡产品缓冲系统的振动响应修正效果较佳。结论质心偏移对质量非均衡产品缓冲系统的加速度影响较大;偏心距离较大时,可适当改变较大偏心位移方向的弹簧刚度,对其进行修正优化,为质量非均衡产品的缓冲包装设计提供了方法和依据。     

FORMULATION AND EXPERIMENTAL VERIFICATION OF A PNEUMATIC FINITE ELEMENT

Many engineering structures completely surround and enclose gas filled volumes. The enclosed gas adds additional stiffness to the surrounding structure. This paper shows how to account for this effect by means of an augmented virtual work principle. The additional term augmenting the virtual work equilibrium statement for the structure is the virtual boundary work done by the pressure of the enclosed gas. The augmented equations are discretized using standard finite element methods, and the additional terms are discussed. The resulting ‘pneumatic’ finite element is shown to be analogous to regular structural finite elements. To assess the accuracy and efficiency and also to illustrate the applicability of the present formulation, a series of four examples was selected. In two of the examples, the behaviour of the end cap of a partially filled plastic food product container is studied. The numerical results using the pneumatic element compare well with an alternative Rayleigh–Ritz solution of the end cap behaviour. The other two examples represent the behaviour of a double bellows air spring shock absorber under static isothermal and dynamic adiabatic conditions. For the static isothermal case, an experimental study was performed with results in good agreement with the pneumatic element solutions. For the dynamic adiabatic loading case, the dynamic stiffness of the air spring was predicted using the pneumatic element. The numerical results agree with experimental data published in an air spring application guide. The examples illustrate that the pneumatic element formulation can be applied to the large deflection analysis of structures that enclose gas filled volumes.     

标准动车组用空气弹簧动力学建模与服役性能试验研究

空气弹簧作为我国动车组二系悬挂的关键部件,其性能直接影响到乘客的舒适性,甚至影响到行车安全。以我国最新研发的标准动车组上使用的510B型空气弹簧为研究对象,研究其服役前后性能的改变。分别建立了空气弹簧的有限元模型及气动力学模型,并对新空气弹簧和已经服役30万公里以上的510B型空气弹簧进行静态、动态的例行试验。通过对模型仿真数据与试验数据进行对比,结果表明:新空气弹簧模型动、静态的仿真的滞回曲线和试验所得的滞回曲线吻合较好,所建立的510B型空气弹簧模型能够很好的描述空气弹簧的动态特性;通过修改动力学模型的相关参数,能够很好的描述已经服役的空气弹簧的特性;能够初步的揭示510B型空气弹簧在服役后其垂向刚度及阻尼会有一定程度的增加,对研究空气弹簧老化以及其对整车动力学性能的影响具有一定的实际应用价值。     

基于几何非线性的果蔬运输隔振系统设计

目的 针对运输过程中振动与冲击造成果蔬损伤和品质下降的问题,基于非线性振动理论,提出一种几何非线性结构的果蔬运输隔振系统。方法 首先,基于水平斜弹簧负刚度机构与垂向正刚度弹簧并联的方式设计果蔬运输隔振结构;其次,分析其静力学特性,推导该非线性隔振装置的刚度特性;最后,建立果蔬运输车模型的运动微分方程,采用谐波平衡法研究该新型果蔬运输车的隔振特性。结果 研究结果表明,通过合理的结构参数设计,该隔振装置在平衡点附近具有高静态刚度、低动态刚度特性。对于小幅路面激励,该新型果蔬运输车将在全频段大幅优于对应的线性系统,随着路面激励幅值的增大,隔振装置刚度快速增加,频率跳跃线性逐渐出现,峰值逐渐出现并右移,中频段的隔振效果逐渐变差。高频段的隔振效果远优于对应的线性系统,且与路面激励幅值不敏感。结论 通过引入水平预压缩弹簧与垂向弹簧并联形式的几何非线性结构显著提高了果蔬运输隔振系统的隔振效果,减小运输过程中果蔬所受到的振动与冲击,从而避免了果蔬损伤和品质下降。