空气弹簧是车辆悬挂系统的关键部件,有优良的弹性特性和良好的高度自适应性,可以降低车辆的自振频率,具有良好的吸振、隔振性能等,对提高车辆运行的平稳性和乘座舒适性有较好的效果。因此橡胶空气弹簧在汽车和铁路机车车辆上得到广泛的应用。随着对空气弹簧理论研究的不断深入,空气弹簧相继在航空、船舶、精密仪器、纺织以及军事工业部门得到广泛的应用。带箍结构空气弹簧项目是目前澳大利亚轨道车辆最大的招标项目,总标的销售金额约为2400万元(人民币),市场前景良好。项目的开发将在国内率先开发出超大承载能力的带箍式空气弹簧系统,并建立空气弹簧弹性特性系统预测模型,以便更好地指导空气弹簧产品的研制、开发。对空气弹簧弹性特性的研究目前主要还是采用理论分析和试验测定的方法,用有限元法分析空气弹簧特性还处在探索阶段。理论分析方法可以用解析法或图解法对形状简单的空气弹簧计算出近似解。但对于形状复杂的空气弹簧,则计算过于繁锁、精度不高、可操作性差,对实际工程应用的指导意义不大。空气弹簧结构分析涉及了气囊和辅助弹簧材料的非线性、大变形带来的几何非线性以及气囊与上盖板和辅助弹簧接触非线性,计算工作是比较复杂的、收敛也相当困难。本文运用了目前广泛使用的ABAQUS有限元软件,建立带箍结构空气弹簧的静态有限元模型来分析计算空气弹簧。为了更加精确地对其橡胶材料进行模拟,对所用胶料配方试样进行了单轴拉伸实验、双轴拉伸实验和平面剪切实验,以实验数据为基础,构建了橡胶材料的本构模型进行拟合;利用非线性有限元软件ABAQUS提供了处理加强结构的Rebar材料模型,用其模拟帘线复合材料的几何和物理非线性具有极好的分析效果;应用ABAQUS中符合流体静力学条件的充腔气体单元模拟空气弹簧腔内气体。由于空气弹簧的结构及其材料、接触条件复杂,因此影响其性能的因素很多。本文利用有限元分析技术主要从空气弹簧辅助气室容积、内压、帘线角度、层数、密度、上盖板角度的变化等因素方面,对空气弹簧垂向和横向性能的影响进行分析和研究。通过试验研究表明,本文所运用的计算方法是行之有效的,可以应用于类似空气弹簧的性能分析,并将为新型空气弹簧的设计、研制开发提供了一定的理论计算依据。