橡胶弹性元件是车辆悬架系统中承受并传递垂直载荷的元件,具有缓和及抑制路面引起冲击的作用。本文以地铁车辆用金属橡胶球铰为研究对象,对橡胶球铰结构进行3D有限元建模,模拟金属橡胶球铰结构疲劳寿命。以橡胶层型面为优化对象,通过橡胶层型面的分层设计方法,确定修正变量和目标函数,对金属橡胶球铰结构进行结构优化设计,通过有限元方法对优化橡胶球铰结构进行数值仿真,分析优化结构刚度和疲劳寿命,并进行试验验证。研究结果可为金属橡胶球铰的疲劳寿命预估和优化设计提供技术参考。论文研究内容和结果如下:（1）根据橡胶材料试件疲劳试验数据,采用Mooney-Rivlin超弹性本构模型对疲劳试验数据进行非线性回归分析,辨识模型参数;应用ABAQUS软件,构建橡胶球铰结构3D有限元模型,对橡胶球铰结构在拉扭循环载荷条件下的疲劳寿命进行有限元仿真研究,结果表明在拉扭载荷作用下,橡胶球铰在90o-180o舵面径向靠近金属外套和芯轴的特征部位疲劳寿命最小,且最小疲劳寿命为129.2万次;在相同载荷条件下,对金属橡胶球铰结构进行疲劳试验验证,结果表明仿真疲劳寿命与失效位置均与试验结果相符,验证了有限元仿真的有效性。（2）对橡胶球铰结构橡胶层裂纹产生原因进行分析,结果表明原结构几何尺寸设计不合理、应力应变分布不均匀、预压缩量过小、表面褶皱等因素是导致橡胶材料失效的主要原因;以橡胶层优化前后直径参数比S优化前后厚度变化量U为优化变量,采用分层设计方法,考察刚度系数K、最大应变?m ax、最大应力?max和应力应变综合因子M随S和U的变化规律;以M最小为优化目标,采用退火优化算法,进行迭代计算,求取参数S和U的值;结果表明,当设计变量S（28）1.03和U（28）0.89 mm时,M取得最小值。（3）在径向拉伸与轴向扭转角位移循环载荷作用下,采用ABAQUS软件对优化橡胶球铰结构进行有限元数值模拟仿真,得到橡胶球铰结构的刚度系数为11.62k N/mm,满足限定刚度要求;与原结构相比较,优化结构的疲劳寿命由129.2万次增加至267.6万次,优化结构疲劳寿命为原结构疲劳寿命的2.07倍;对优化橡胶球铰结构的计算疲劳寿命进行试验验证,在相同拉扭循环载荷条件下,橡胶球铰有限元计算疲劳寿命为267.6万次,疲劳寿命试验均值为275.08万次,以疲劳寿命试验均值为参考,有限元计算疲劳寿命与试验疲劳寿命的相对误差仅为2.72%,表明有限元数值仿真结果的有效性和可靠性。