【正文】 mponent of total strain （ Y 方向總應(yīng)變）選項。 圖 中北大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 38 頁 共 44 頁 （ 1）在列表中選擇 XComponent of stress （ X 方向應(yīng)力）選項，選擇性 Deformed shape only （僅顯示變形后的模型）單元選擇按鈕，單擊 OK 按鈕，圖形窗口中顯示出 X 方向（徑向）應(yīng)力分布圖，如圖 所示。繼續(xù)拾取活塞上的面如圖 所示，單擊“ OK”，在彈出的對話框中 輸入 Value： 12830, 圖 取受力面圖框 中北大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 35 頁 共 44 頁 提交計算 GUI： Main MenuSolutionSolveCurrent LS 單擊“ OK”按鈕，關(guān)閉由于單元形狀檢查而出現(xiàn)的警告信息。在隨后的拾取對話框中按“ pick all”選擇要劃分的面。 中北大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 31 頁 共 44 頁 運用布爾運算減掉活塞上的圓柱： GUI： MainMenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes，先選取活塞單擊“ OK” ,然后再選取活塞上的六個圓柱，單擊“ OK”。單擊 OK 按鈕，圖形窗口中顯示出 Y方向總應(yīng)變分布圖，如圖 所示。 中北大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 共 44 頁 圖 X軸方向應(yīng)力圖 （ 2）在列表中選擇 YComponent of stress （ Y方向應(yīng)力）選項，單擊 OK 按鈕，圖形窗口中顯示出 Y方向（徑向）應(yīng)力分布圖，如圖 所示。求解結(jié)束后關(guān)閉信息窗口。然后關(guān)閉對話框。 中北大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 共 44 頁 圖 GUI: Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderBy Dimensions 圖 圖 中北大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 共 44 頁 圖 GUI： Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes 運用布爾運算，先選取大圓柱，單擊“ OK”，再選取小圓柱單擊“ OK”，就可得到缸體模型。單出桿式的結(jié)構(gòu)形式和組合式產(chǎn)生阻尼的方式，要求本課題研究的膠泥緩沖器的結(jié)構(gòu)形式選擇為如圖 27 所示。行程定為 50mm。緩沖器的選擇需要考慮兩方面。 圖 26雙出桿孔隙式阻尼器 膠泥材料的粘性比較高，流動性比較差，如果采用孔隙式緩沖器則相應(yīng)的結(jié)構(gòu)很大才可能允許膠泥流過。由于我們研究的車輛緩沖器受到但方向的壓力，同時為了節(jié)省空間，我們選用但單出桿式。對于平動阻尼器的構(gòu)造形式選擇的范圍也很大 ,有阻尼壺式、阻尼墻式、阻尼缸式和阻尼孔式，阻尼墻式、阻尼壺式的阻尼器工作行程通常比較小，而結(jié)構(gòu)比較龐大；阻尼缸式阻尼器通常用于阻尼力比較大的單方向工作的情況，也可以通過機械裝置制作雙向阻尼器，這時的裝置容易出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象，所以目前使用不是很多；阻尼孔式使用最為 廣泛，這類阻尼器在密閉容腔內(nèi)裝滿粘彈性流體阻尼材料，當活塞相對缸體移動時，迫使阻尼材料流過阻尼孔產(chǎn)生阻尼 [12]。 (3)察看分析結(jié)果及檢驗結(jié)果。在對單元進行分析時，首先架訂單員內(nèi)部唯一為節(jié)點位移的簡單函數(shù)。 有限元法與 ANSYS 軟件概述 有限元方法概述 有限元法（ Finite Element Method）簡稱 FEM，作為求解數(shù)學物理問題的一種數(shù)值方法，已經(jīng)歷了 60 余年的發(fā)展。緩沖器采用不同的結(jié)構(gòu) 和材料，可以滿足不同的工作需要。修理廠的資料表明： 95％的車輛端梁破壞事故發(fā)生在裝有傳統(tǒng)性的緩沖餅的車輛上，只有 5％發(fā)生在裝有彈性膠泥緩沖餅的車輛上。 研究的目的與意義 運輸作為我國經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其中車輛的作用是必不可少的，在車輛重載時，物資可能會受到多個方向的沖擊。膠泥緩沖器以其容量大、阻抗低、結(jié)構(gòu)輕巧、檢修周期長以及其特殊的特性曲線特點在鐵路車輛上得到重視和推廣應(yīng)用，目前在歐洲鐵路使用的膠泥緩沖器產(chǎn)品在50 萬套以上，檢修周期一般在 10 年以上 [5]。國際鐵路聯(lián)盟 (UIC)在 1981 年制定了 UIC 526－ 1 標準，并在 1985 年進行了修訂，規(guī)范和批準了用于貨車的 A、B、 C 三級膠泥緩沖餅產(chǎn)品， A 級容量為 30 KJ， B 級容量為 50 KJ， C 級容量為70 KJ，緩沖器的行程為 105 mm。一般是將加有硫化劑、填充劑等配合劑的橡膠放入模具內(nèi)加熱加壓硫化成各種形狀，利用硫化橡膠的彈性來達到緩沖、減振目的。本文 介紹了目前國內(nèi)外對膠泥緩沖器的研究和研究成果，同時介紹了國內(nèi)外市場上各種優(yōu)秀的膠泥緩沖器和緩沖餅等，接著討論了膠泥緩沖器的結(jié)構(gòu)性能，以及相比其他類型的緩沖器產(chǎn)品的優(yōu)點，分析了彈性膠泥緩沖器已有的結(jié)構(gòu)形式，總結(jié)了其優(yōu)點和缺點 ,在此基礎(chǔ)上，根據(jù)膠泥緩沖器的規(guī)格要求和膠泥材料的特性，選擇了單出桿組合式的結(jié)構(gòu)形式。為了克服這些傳統(tǒng)緩沖器的缺點，我們采用了一種新型緩沖器 —— 膠泥緩沖器。 圖 11 貨車的彈性膠泥緩沖器 圖 12 73ZW 型彈性膠泥緩沖器 法國的 Dange－ Jarret公司為法國先進的高速列車代 TGV開發(fā)兩種型號的膠 泥緩沖器，型號分別是 BC20S－ 60B 和 L7A－ M3，其容量分別達到了 和58 KJ。 1988 年機電部上海材料研究所受機電部一重廠委托承擔了膠泥緩沖器這種新技術(shù)產(chǎn)品的消化吸收，并開發(fā)出了型號 52 52 307 等幾個型號的緩沖器產(chǎn)品，其中最大的容量已達到 20 KJ，阻抗力僅 670 KN，行程僅 45 mm。為了解決這一難題，我們設(shè)計了新型的膠泥緩沖器。 俄 羅斯鐵道部門對 KZE5C 型膠泥緩沖器進行了初步試驗研究。當彈性膠泥材料受到的預壓縮力越大和活 塞的運動速度越快，則產(chǎn)生的阻抗力也越大，這有利于提高緩沖器在大沖擊下的容量。有限元法的主要優(yōu)點為：物理概念清晰；可以從不同的水平建立對該法的理解；適應(yīng)性強、應(yīng)用范圍廣；已經(jīng)出現(xiàn)了許多大型的結(jié)構(gòu)分析通用程序，可以直接應(yīng)用。 ANSYS 概述 ANSYS 軟件是大型通用有限元分析軟件。 2. 膠泥緩沖器的結(jié)構(gòu)和工作原理 膠泥緩沖器的結(jié)構(gòu) 膠泥緩沖器是一種優(yōu)化的粘滯流體阻尼器 ，是將粘性阻尼材料用粘彈性可壓 縮的膠泥替代，一般有缸體、活塞、阻尼孔、阻尼材料和活塞桿等部分組成，活 塞在缸體內(nèi)作往復運動，缸體內(nèi)裝滿阻尼材料，當活塞與缸體之間發(fā)生相對運動 時，由于活塞前后的壓力差使阻尼材料從阻尼孔（環(huán)）中通過，從而產(chǎn)生阻尼力。第一種是在缸體上附加一個容腔，如圖 21 中北大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 44 頁 所示，活塞與缸體內(nèi)壁簡密封，在缸體與附加容腔之間以小阻尼孔相連，附加容 腔內(nèi)的阻尼介質(zhì)不可充滿 (留有適當?shù)目臻g )，當活塞運動時，阻尼介質(zhì)流過兩個 小阻尼孔，提供非線性阻尼，兩腔間的容積差有附加容腔的剩余空間來調(diào)節(jié)。 當活塞相對于缸體運動時，由通過間 隙的阻尼介質(zhì)的流動阻尼產(chǎn)生阻 尼。由于考慮到車輛上所用的膠泥緩沖器所受到的力是單方向的，同時為了結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，緩沖器所占用的空間盡量小，所以，我們選用的膠泥緩沖器結(jié)構(gòu)為單出桿式組合式阻尼器。 沖擊速度的確定 隨著車輛的提速、載荷的增加以及行駛路面的更加復雜，緩沖器工作的機會越來越多，對可靠性越來越高，沖擊速度是影響可靠性的重要指標。并且膠泥屬于粘彈性非牛頓流體，配方不同，材料的粘彈性就不同 [12]。在恢復階段中，彈性體組成將所吸收的能量釋放出來，其中一部分又以中北大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 共 44 頁 摩擦熱和彈性體組成阻尼耗能的形式散失掉，當外力減小或撤消后，彈性膠泥自行體積膨脹，將活塞推回原位。 圖 劃分單元 （ 1） 定義單元類型 GUI： Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete 選取 Add，增加單元類型。 由于薄壁圓筒受內(nèi)壓時，環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力的兩倍，所以用環(huán)向應(yīng)力檢驗 緩沖器缸壁的強度。 （ 1）在列表框中選擇 XComponent of displacement （ X 向位移）選項，單擊OK按鈕 ，在圖形窗口中顯示出變形圖，包括變形前的輪廓線，如圖 所示，圖中下方的色譜表明不同的顏色對應(yīng)的數(shù)值（帶符號）。 圖 應(yīng)變圖對話框 在 Item to be contoured （等值線顯示結(jié)果項）域中選擇 Total Strain（總應(yīng)變）選項。 圖 Z軸方向應(yīng)變圖 分析結(jié)果 結(jié)果顯示，最大位移出現(xiàn)在缸體外表面，其值為 ～ ，最大應(yīng)力出現(xiàn)在缸體底部以上，其值為 ～ ,40Cr 作為其材料，其屈 服極限 =785 Mpa[21]，裝配時不要求嚴格控制預緊力，按 [1]暫取安全系數(shù) S＝ 6，則求得的許用應(yīng)力為： = ，由此可知在阻尼力達到最大時缸體的最大應(yīng)力小于許用應(yīng)力，故其結(jié)果結(jié)構(gòu)設(shè)計較為合理。輸入 EX的值為 ，PRXY 的值為 ，按“ OK”設(shè)置材料屬性，如圖 所示。 劃分工具圖框 中北大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 34 頁 共 44 頁 施加載荷 根據(jù)緩沖器所受的最大壓力和活塞的有效受力面積可以計算出缸體內(nèi)部壓強： P=。 圖 中北大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 36 頁 共 44 頁 在 Item to be contoured （等值線顯示結(jié)果項）域中選擇 DOF solution（自由度解）選項。 中北大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 39 頁 共 44 頁 圖 Z軸方向應(yīng)力圖 3 應(yīng)變圖 GUI： Main MenuCeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu ， 打開 Contour Nodal Solution Data（等值線顯示節(jié)點解數(shù)據(jù)）對話框，如圖 所示。單擊 OK 按鈕，圖形窗口中顯示出 Z方向總應(yīng)變分布圖 ，如圖 所示。每次都是不厭其煩地幫助我解決一個又一個的問題，一次又一次地糾正我的錯誤，批評指正了我的缺點，使我順利完成了本次設(shè)計，在此，我謹向彭彬彬老師表示衷心的 感謝！同時我也要感謝每位曾經(jīng)教育過我和指導過我的老師致謝，感謝他們給予我無微不至的關(guān)懷和悉心教導！