【正文】 與意義 ................................................ 3 彈性膠泥緩沖器 .................................................. 4 膠泥緩沖器的工作特性研究 ...................................... 4 膠泥緩沖器的模型 ............................................. 4 有限元法與 ANSYS 軟件概述 ........................................ 5 有限元方法概述 ................................................ 5 ANSYS 概述 .................................................... 6 論文主要工作 .................................................. 7 2. 膠泥緩沖器的結(jié)構(gòu)和工作原理 ...................................... 7 膠泥緩沖器的結(jié)構(gòu) ................................................ 7 膠泥緩沖器的參數(shù) ............................................... 10 阻尼力的確定 ................................................ 10 沖擊速度的確定 ............................................... 11 行程的確定 ................................................... 11 能量吸收率的確定 ............................................. 11 膠泥緩沖器的工作原理 ........................................... 12 ....................................... 13 缸體的建模及分析 ............................................... 13 缸體的數(shù)據(jù)及實(shí)物圖 ........................................... 13 對(duì)缸體建模 ................................................... 13 定義材料常數(shù) ................................................. 15 劃分單元 ..................................................... 16 施加載荷 ..................................................... 18 提交計(jì)算 ..................................................... 19 后處理 ....................................................... 19 分析結(jié)果 ..................................................... 25 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 II 頁 共 II 頁 活塞和活塞桿的建模及分析 ....................................... 25 活塞和活塞桿的數(shù)據(jù) ........................................... 25 對(duì)活塞和活塞桿建模 ........................................... 26 定義材料常數(shù) ................................................. 26 劃分單元 ..................................................... 31 施加載荷 ..................................................... 34 提交計(jì)算 ..................................................... 35 后處理 ....................................................... 35 分析結(jié)果 ..................................................... 41 ............................................................. 41 參考文獻(xiàn) ........................................................... 42 致 謝 .............................................................. 44中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 44 頁 1. 緒 論 概述 發(fā)展城市軌道交通系統(tǒng)已成為我國(guó)解決城市交通問題的必由之路 ,城市軌道交通車輛的產(chǎn)業(yè)化是我 國(guó)機(jī)車車輛工業(yè)的重要工作之一 ,而軌道車輛關(guān)鍵零部件的國(guó)產(chǎn)化是城市軌道交通車輛產(chǎn)業(yè)化的重要保證。 緩沖器是各種車輛及機(jī)械設(shè)備重要的零件，是吸收沖擊能，緩和不必要的沖擊的必要裝置，緩沖器質(zhì)量直接影響到車輛的安全和機(jī)器的穩(wěn)定。并很快在建筑上、鐵路上得到應(yīng)用，如線路端或維修站的起保護(hù)作用的車擋緩沖器、車輛間連接緩沖的車鉤緩沖器等。全俄鐵道科學(xué)研究院與波蘭 KAMAKC 公司合作開發(fā)了用于罐車的 73ZW 型膠泥緩沖器，容量達(dá)到 70 KJ，行程 90 mm。鐵道部從上個(gè)世紀(jì)的 80 年代末開始關(guān)注該項(xiàng)技術(shù)，并對(duì)該技術(shù)研究提供了專項(xiàng)技術(shù)資金資助， 1989 年鐵道部科技司以資助性開發(fā)課題形式下達(dá)任務(wù)，由原鐵道部四方車輛研究所承擔(dān)客車膠泥緩沖器研制。所以本論文從膠泥緩沖器的工作原理和結(jié)構(gòu)開始研究，在 ANYSY 軟件平臺(tái)上對(duì)彈性膠泥緩沖器結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析，分析結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證校核，進(jìn)而優(yōu)化緩沖器的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出更加理想的緩沖器產(chǎn)品。試驗(yàn)時(shí)用總重 100t 的車輛以 15 km/h 以下的速度沖撞時(shí)，車輛和其 運(yùn)送的貨車均能受到保護(hù) [5]。 由于膠泥 材料的多變性，以及膠泥緩沖器結(jié)構(gòu)的多樣性 (通常是單出桿和雙出桿兩種，見圖 13和圖 14)，膠泥緩沖器的工作特性就不同。對(duì)于大多數(shù)形狀和邊界條件復(fù)雜的工程問題，要想獲得問題的解析解答是不可能的，只能尋求各種近似的數(shù)值中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 44 頁 方法，而有限元方法是一種行之有效的數(shù)值分析方法。 ANSYS 分析過程 中包含三個(gè)主要的步驟： (1)創(chuàng)建有限元模型，其中包括創(chuàng)建或讀入幾何模型、定義材料屬性和劃分網(wǎng)格。 粘滯流體阻尼器根據(jù)其運(yùn)動(dòng)方式可分為兩類：一類是平動(dòng)阻尼器，如板式、錐體式和活塞式；另一類是旋轉(zhuǎn)式阻尼器，如曲柄減振器、葉輪式減振器、活塞式減振器等。如圖 22，圖 23，圖 24。 當(dāng)活塞相對(duì)于缸體運(yùn)動(dòng)時(shí)，阻尼材料流過小孔產(chǎn)生阻尼。阻尼中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 44 頁 力過大，則車輛在運(yùn)行過程中，平衡肘與緩沖器碰撞的沖擊力過大，就會(huì)影響葉片 式減振器的運(yùn)行，會(huì)使減振器的連桿受力和搖臂彎曲變形，甚至斷裂；阻尼力過小，則過多的力由減振器承擔(dān)，會(huì)使減振器的連桿受拉變形。這里選擇膠泥緩沖器的沖擊速度為[14]。一般是越大越好，城市軌道車用緩沖器吸收率以 80%左右為最佳值 [14]。 缸體的建模及分析 缸體的數(shù)據(jù)及實(shí)物圖 缸體數(shù)據(jù)： 缸體外徑： Do＝ 60mm， 器缸體的厚度δ＝ ， 缸體的總長(zhǎng)度 l=140mm 缸體實(shí)物圖 對(duì)缸體建模 由于缸體的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所以其建模也比較簡(jiǎn)單。選取智能網(wǎng)格劃分，移動(dòng)滾動(dòng)條，將其顯示數(shù)字調(diào)整為 4，單擊“ Mesh”按鈕。 圖 Z軸方向的約束 （ 2）施加載荷 GUI： Main MenuSolutionDefineApplePressureOn Areas,鼠標(biāo)拾取內(nèi)圓，及底面，單擊“ Apple”，在隨后彈出的對(duì)話框中輸入 Value： 7090，如圖 。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 44 頁 圖 Z軸方向變形圖 2 等效應(yīng)力（ von Mises）圖 GUI： Main MenuCeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu 選擇 Stress, 打開 Contour Nodal Solution Data（等值線顯示節(jié)點(diǎn)解數(shù)據(jù)）對(duì)話框，如圖 所示。單擊 OK 按鈕，圖形窗口中顯示出 X方向總應(yīng)變分布圖，如圖 所示。 圖 （ 3）設(shè)置工作平面 GUI:WorkplaceWP Setting 彈出圖 對(duì)話框，按圖是設(shè)置對(duì)話框，單擊 “ OK” 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁 共 44 頁 圖 GUI:WorkplaceDisplay Working Plane,工作平面顯示，如圖 . 圖 （ 4） 移動(dòng)工作平面 GUI:WorkplaceOffset WP to? Keypoints +,選擇活塞端面上的點(diǎn)，如圖 所示，單擊“ OK”移動(dòng)工作平面。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁 共 44 頁 （ 2）劃分網(wǎng)格 GUI： Main MenuPreprocessormesh tool，彈出的對(duì)話框如圖 所示。 （ 1）在活塞桿端部施加位移約束（ UZ=0） GUI： Main MenuSolutionApplyStructuralDisplacementAeeas 鼠標(biāo)拾取活塞桿端面，單擊“ OK” ,如圖 。 圖 Y軸方向變形圖 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁 共 44 頁 （ 3）在列表框中選擇 ZComponent of displacement （ Z 向位移）選項(xiàng) , 單擊“ OK” 按鈕 ,如圖 。選擇 Deformed shape with undeformed edge（變形后和未變形輪廓線）單選按鈕。并分別對(duì)缸體和活塞活塞桿建模，然后對(duì)其進(jìn)行有限元分析，得到變形圖、應(yīng)力圖、應(yīng)變圖，分析缸體、活塞及活塞桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可能存在的不合理的地方，對(duì)彈性膠泥緩沖器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行校核。是對(duì)我在大學(xué)四年來所學(xué)的理論知識(shí)的一個(gè)綜合運(yùn)用總體回顧。 圖 X軸方向應(yīng)變圖 （ 2）在列表中選擇 YCo