分数阶修正的空气弹簧气动力学模型及其应用

戚 壮，王晓雷，莫荣利，叶 特，陈清化

(1．石家庄铁道大学 机械工程学院， 河北 石家庄 050043；2．中国中车 株洲时代新材料科技股份有限公司， 湖南 株洲 412000)

近年来，空气弹簧由于其独特的优势被广泛应用于高速动车组上[1-3]。空气弹簧能够较好的满足二系悬挂系统设计中的各种要求，缓解振动并提高旅客乘坐的舒适度，被国内外学者进行了大量的研究分析并应用于不同领域[4-5]。随着高速列车的提速与快速发展，空气弹簧的非线性特性成为了学者们的研究热点。因此建立空气弹簧非线性模型，对空气弹簧系统的动态特性进行研究。

空气弹簧结构复杂，刚性特性影响因素多，改善空气弹簧的垂向性能一直是研究的重点[6-7]。为了探究空气弹簧动力学特性，文献[8]利用气体热力学和流体力学方程推导了空气弹簧-连接管路-附加空气室的空气弹簧动力学模型，并分析了连接管路长度、管径大小及管内气体质量对悬挂性能的影响。文献[9]基于连续介质损伤力学理论，结合三阶Ogden应变能密度函数推导出模型，并通过试验数据拟合参数，得出对空气弹簧疲劳寿命的预测。文献[10]基于自行编写的空气弹簧动态特性仿真软件ASDS建立TPL-ASN模型，并对某高速动车组空气弹簧进行不同激励振幅和频率下的动态特性仿真分析，将仿真计算的动刚度、阻尼比与试验结果进行对比，反映出空气弹簧的非线性特性。但上述研究均没有考虑空气弹簧在承载过程中由于橡胶气囊本身具有的黏弹性和伸缩性所形成的黏弹性力的影响。……