杜佳桥 王少华

西南交通大学 成都 610000

0 引言

轨道橡胶垫板是铁路扣件系统的重要组成部件之一。在早期的铁路铺设中，使用的是木制轨枕，其本身具有较大的弹性，能够与碎石道床一起为线路提供必要的弹性。随着铁路技术的发展，木制轨枕被混凝土轨枕替代，而混凝土轨枕几乎没有弹性，不能很好地为线路提供弹性，故须增加轨道橡胶垫板。在有砟轨道中，线路的弹性主要由道床和橡胶垫板提供，橡胶垫板的性能就显得尤为重要。在高速铁路中无砟轨道中，道床由碎石变成了混凝土，道床几乎不能为线路提供弹性，此时线路的弹性几乎完全由橡胶垫板提供。橡胶垫板对于列车、轨道、道床等的动力学性能具有重要的影响。因此，无论是现代的有砟轨道还是无砟轨道，橡胶垫板刚度都是影响轨道刚度的重要因素之一。

1 橡胶材料本构模型

本文使用Moony-Rivlin 模型[1]模拟橡胶垫板材料。Moony-Rivlin 模型是超弹性材料中最为常用的本构模型之一，采用应变能密度函数方法，由应变偏量能和体积应变能两部分组成，其应变能密度函数为

式中：U为应变能密度，N为多项式阶数，I1、I2为应变张量的两个主不变量，Di是材料不可压缩常数（当Di=0 时完全不可压缩），Cij为材料决定的常数，J为材料变形前后体积比。

根据N取值的不同，常用的Moony-Rivlin 模型有2 参数、3 参数、5 参数、9 参数模型。Abaqus 有限元分析软件能够很好地模拟橡胶材料[2]，其提供了2 参数模型，表达式为

Moony-Rivlin 模型适用于形变30%以内（受压）、形变100%以内（受拉）的中小变形[3]，橡胶垫板属于受压情况，且正常情况下形变量小于30%，适合用Moony-Rivlin 模型进行橡胶垫板的模拟。……