基于Abaqus的橡膠墊板靜剛度特性研究

杜佳橋 王少華

西南交通大學 成都 610000

0 引言

軌道橡膠墊板是鐵路扣件系統(tǒng)的重要組成部件之一。在早期的鐵路鋪設中，使用的是木制軌枕，其本身具有較大的彈性，能夠與碎石道床一起為線路提供必要的彈性。隨著鐵路技術的發(fā)展，木制軌枕被混凝土軌枕替代，而混凝土軌枕幾乎沒有彈性，不能很好地為線路提供彈性，故須增加軌道橡膠墊板。在有砟軌道中，線路的彈性主要由道床和橡膠墊板提供，橡膠墊板的性能就顯得尤為重要。在高速鐵路中無砟軌道中，道床由碎石變成了混凝土，道床幾乎不能為線路提供彈性，此時線路的彈性幾乎完全由橡膠墊板提供。橡膠墊板對于列車、軌道、道床等的動力學性能具有重要的影響。因此，無論是現(xiàn)代的有砟軌道還是無砟軌道，橡膠墊板剛度都是影響軌道剛度的重要因素之一。

1 橡膠材料本構模型

本文使用Moony-Rivlin 模型[1]模擬橡膠墊板材料。Moony-Rivlin 模型是超彈性材料中最為常用的本構模型之一，采用應變能密度函數(shù)方法，由應變偏量能和體積應變能兩部分組成，其應變能密度函數(shù)為

式中：U為應變能密度，N為多項式階數(shù)，I1、I2為應變張量的兩個主不變量，Di是材料不可壓縮常數(shù)（當Di=0 時完全不可壓縮），Cij為材料決定的常數(shù)，J為材料變形前后體積比。

根據(jù)N取值的不同，常用的Moony-Rivlin 模型有2 參數(shù)、3 參數(shù)、5 參數(shù)、9 參數(shù)模型。Abaqus 有限元分析軟件能夠很好地模擬橡膠材料[2]，其提供了2 參數(shù)模型，表達式為

Moony-Rivlin 模型適用于形變30%以內(nèi)（受壓）、形變100%以內(nèi)（受拉）的中小變形[3]，橡膠墊板屬于受壓情況，且正常情況下形變量小于30%，適合用Moony-Rivlin 模型進行橡膠墊板的模擬。……