弹性车轮的弹性元件采用的橡胶材料是典型的超弹性材料,在发生大变形、大应变的情况下,应力—应变关系有着明显的非线性特征。为了得到便于程序应用的简化过程,建立超弹性材料的数学模型和基于线性粘弹性理论对应力—应变关系的近似。基于某型城市轨道车辆用弹性车轮的结构,针对其在城市轨道车辆上的运行需求,对车轮的轮辋和组装部件进行了优化。通过有限元计算对比,确定橡胶弹性元件的外形结构、过盈量、材料硬度和非线性模型的计算参数。根据标准UIC810-1、UIC812-1和ISO683-1,确定弹性车轮轮辋和轮芯用钢材料的性能参数、静强度的许用应力和疲劳强度的许用应力幅。利用Hypermesh软件建立有限元模型,ABAQUS软件完成弹性车轮的模态计算。分析轮辋、轮芯和车轮整体的模态,比较和研究了在不同振型模式下各部分的固有频率,相同振型模式下的固有频率的范围,以及车轮整体振型模式和固有频率与各部分零件的振型模式和固有频率的关系。根据标准UIC510-5和EN13979-1确定的标准计算载荷,通过有限元计算,得到弹性车轮的径向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚度。分析结果指出：橡胶弹性元件的结构和材料性能对弹性车轮的刚度特性起决定性的影响。弹性车轮的各向刚度均为定值,其载荷与位移呈线性关系。根据UIC510-5和EN13979-1确定的车轮强度分析的计算载荷和载荷工况,采用非线性有限元方法,计算橡胶弹性车轮的组装预应力和静强度分析结果,其指出：随着轮辋厚度的减小,轮辋内表面的应力值逐渐降低,但是由于橡胶弹性元件多余材料(过盈量)的挤压,最大应力值出现在中间“凸台”的两侧。在静强度计算载荷作用下,轮辋区域的最大应力出现在载荷作用位置对应内侧面的凸台区域。橡胶块对刚度较大的轮芯区域产生的压应力均匀连续,轮辋区域的变形经过橡胶块的吸收,使其对轮芯区域影响减小。根据UIC510-5提出的多轴应力转化单轴应力的方法,编制了轮辋内表面和轮芯辐板区域疲劳强度评定的分析程序。疲劳强度计算结果指出：轮辋内表面的凸台部位的平均应力σm和应力幅σa均高于其他区域,为轮辋疲劳强度的薄弱区域。其等效应力最大的节点与等效应力幅最大的节点高度吻合。轮芯辐板内、外侧面上辐板与轮毂的连接圆弧且靠近辐板区域的平均应力σm和应力幅σa均高于其他区域,为轮芯疲劳强度的薄弱区域。