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抗横移板式橡胶支座力学性能实验研究及数值分析

作　者: 李昌荣
导　师: 贺玲凤
学　校: 华南理工大学
专　业: 固体力学
关键词: 抗横移板式橡胶支座 抗剪弹性模量 数值分析 参数化建模
分类号: U443.361
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着我国干线列车行驶速度的提升，列车运行时的横向摇摆力也随之有较大的增加。对板式橡胶支座的影响是使其横向位移量增大，以至于超出了规定的最大值。因此，如何限制支座的横向位移，是一个直接影响到行车安全的重大研究课题。通过合理改变橡胶支座内部加劲钢板的构造能使支座达到很好的抗横移能力，本文在既有的抗横移橡胶支座基础上，提出一组加劲钢板为波浪形的板式橡胶支座。根据交通部行业标准JT/T4-2004的相关试验规定，对该系列抗横移板式橡胶支座与平面尺寸相同的普通橡胶支座进行对比试验，结果表明：加劲钢板设计成波浪形能约束橡胶层的横向变形，从而限制支座的横向位移量，而且波形越多，横向约束能力就越强。另外对橡胶支座所用的橡胶材料进行了单轴拉伸、单轴压缩、平面拉伸和硬度测定等试验，通过试验验证橡胶材料的非线性力学性能。对支座建立有限元模型进行数值分析，并与试验结果进行了对比。数值分析结果表明：水平方向橡胶膨胀量过大，是抗横移系列橡胶支座抗压弹性模量比普通橡胶支座低的原因。支座内钢板与橡胶层经过高温硫化作用粘接在一起，其剥离强度为10MPa，本文考察了各类型支座橡胶层的剪切应力，与普通橡胶支座相比，虽然抗横移橡胶支座内部橡胶层的应力集中较为严重，但是均处于安全范围内。最后利用ANSYS中的APDL语言对A型支座进行参数化建模。根据抗横移橡胶支座优化设计思想：在橡胶层的最大剪应力低于剥离强度10MPa，保持支座纵向抗剪弹性模量基本不变的前提下，尽量提高支座的横向抗剪弹性模量。分别考察了加劲钢板折起坡度、平板长度、凹槽深度变化时对支座各力学性能的影响。最后综合考虑三个因素的作用，确定各因素的最佳取值范围。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章 引言  10-19
  1.1 研究目的和意义  10-11
  1.2 板式橡胶支座研究现状  11-17
    1.2.1 材料性能方面  12-13
    1.2.2 试验研究方面  13-15
    1.2.3 数值分析方面  15-17
  1.3 本文主要工作  17-19
第二章 橡胶支座力学分析的理论基础  19-28
  2.1 橡胶类材料的特点  19-23
    2.1.1 小变形下橡胶的弹性理论  19-20
    2.1.2 橡胶的超弹性理论  20-23
  2.2 材料参数的确定  23-25
    2.2.1 实验数据拟合  23-25
    2.2.2 经验公式  25
  2.3 板式橡胶支座的抗压分析  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章 抗横移橡胶支座及橡胶材料力学性能试验  28-43
  3.1 抗横移板式橡胶支座的工程背景及设计思路  28-30
  3.2 板式橡胶支座力学性能试验  30-36
    3.2.1 试验条件及方法  31-34
    3.2.2 抗压弹性模量试验数据分析  34-35
    3.2.3 抗剪弹性模量试验数据分析  35
    3.2.4 实验注意事项  35-36
  3.3 橡胶材料的几个基本试验  36-41
    3.3.1 单轴拉伸试验  36-37
    3.3.2 单轴压缩试验  37-39
    3.3.3 平面拉伸试验  39-40
    3.3.4 橡胶材料硬度的测定  40-41
    3.3.5 橡胶理论计算与试验数据的区别  41
  3.4 本章小结  41-43
第四章 抗横移板式橡胶支座的数值分析  43-56
  4.1 计算模型  43-46
    4.1.1 材料参数  43-45
    4.1.2 有限元模型及网格处理  45-46
    4.1.3 边界处理与荷载施加  46
  4.2 抗压弹性模量  46-50
    4.2.1 抗压弹性模量数值分析  46-50
    4.2.2 抗横移橡胶支座最大竖向荷载讨论  50
  4.3 抗剪弹性模量  50-53
    4.3.1 抗剪弹性模量数值分析  50-53
  4.4 橡胶支座界面应力分析  53-55
  4.5 本章小结  55-56
第五章 基于 ANSYS 二次开发抗横移支座优化设计  56-68
  5.1 ANSYS 二次开发概况  56
  5.2 A 型支座参数化建模  56-58
  5.3 A 型橡胶支座的优化设计  58-67
    5.3.1 折起坡度的影响  58-60
    5.3.2 平坡长度的影响  60-63
    5.3.3 凹槽深度的影响  63-65
    5.3.4 综合考虑  65-67
  5.4 本章小结  67-68
总结与展望  68-70
参考文献  70-73
攻读硕士学位期间取得的研究成果  73-74
致谢  74-75
附件  75

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 桥梁构造 > 上部结构 > 支座 > 橡胶支座
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