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本文以现代轨道交通车辆典型的橡胶弹性元件:牵引悬挂用的橡胶球铰、一系悬挂用的锥形簧、二系悬挂用的橡胶堆作为研究对象,对其主要性能进行试验检测,探讨影响其性能的主要因素;同时运用ABAQUS有限元分析软件对其进行仿真分析,分析其刚度性能、预测疲劳失效点;并对球铰试验过程中较为典型的偏转疲劳试验工装进行设计。本文主要研究内容如下: 1.通过阅读大量的文献资料,综述了轨道交通中常用的橡胶弹性元件的种类及其作用;介绍了橡胶弹性元件的关键性能及其试验方法;详细地描述了橡胶材料的力学特性,材料的本构模型。 2.对三种典型橡胶弹性元件的主要性能:静刚度、动刚度、蠕变及疲劳性能进行了试验,分析了温度、停放时间、压装力大小、周期载荷下疲劳次数等分别对橡胶弹性元件主要性能静刚度、动刚度、蠕变性能的影响。结论表明:温度的升高会导致橡胶弹性元件静刚度、动刚度的减小,蠕变量的增大、蠕变寿命的缩短;橡胶弹性元件承受周期载荷时,疲劳次数与刚度损失率成正比,当疲劳次数达到2×106万次时,相当于实际运行7×104km,刚度损失率超过15％时,可判定其失效。 3.对三种典型橡胶弹性元件进行有限元建模分析,考虑了本构模型的选择、网格的形状、网格密度的大小对分析结果的影响。结果表明:3NR60材料本构模型选取Ogden(N=3)模型,天然橡胶材料选取Mooney-Rivlin模型;橡胶球铰、锥形簧、橡胶堆的网络形式分别采用阶梯状网络、放射状网格、环状网格;锥形簧网格密度设置为0.5mm;有限元分析结果与试验结果较吻合,误差在10%以内。 4.针对球铰类产品复杂的试验工况,成功设计出了一套通用的偏转疲劳试验工装,并对该套工装中关键零部件进行了受力分析、强度校核及其疲劳寿命计算,分析结果表明:该套工装的强度、疲劳性能均满足试验要求,且通用性高,成本低。