橡胶元件是高速列车悬挂系统的重要组成部分,橡胶件复杂的非线性特性对车辆动力学性能有显著影响。本文建立了橡胶节点非线性动力学模型,既能反映橡胶元件随着频率和幅值而非线性变化的动态刚度和动态阻尼特性,又具有较快计算速度。建立了考虑转臂节点纵向刚度非线性特征的车辆动力学仿真模型,通过数值仿真深入研究了转臂节点刚度非线性对车辆蛇行运动和曲线通过能力等动力学性能的影响规律。具体研究工作如下:(1)采用典型的仿真工况,模拟车辆发生一次蛇行和二次蛇行,详细研究了转臂节点纵向刚度和纵向阻尼对车辆临界速度、蛇行频率和蛇行运动极限环的影响规律。小刚度小阻尼提高了小锥度车辆临界速度但降低了大锥度车辆的临界速度。降低转臂节点刚度能够显著提高小锥度车辆的非线性临界速度,改变分岔图形状。相反,大锥度车辆需要较大的转臂节点刚度来提高非线性临界速度,并提高转向架发生大幅值横向位移的速度。(2)转臂节点采用K-V动力学仿真模型,研究了转臂节点纵向刚度和轮轨摩擦系数对车辆曲线通过性能的影响。对比了车轮润滑和轮缘润滑对曲线通过各指标的影响。结果表明,降低转臂节点刚度和车轮润滑均能显著降低车轮磨耗和提高曲线通过安全性,轮缘润滑仅能降低车轮磨耗。(3)结合典型蛇行频率和曲线通过频率,提出转臂节点纵向刚度和阻尼的频变特性:低频时,较小刚度保证小锥度车辆的转向架蛇行不和车体模态耦合形成一次蛇行,且节点纵向阻尼不能太大;高频时,较大刚度保证大锥度车辆有较高的临界速度,不易发生二次蛇行;在小半径曲线通过时,需要在低频大幅值时有极小刚度,以降低轮轨作用力和磨耗。(4)针对弹簧-阻尼串联的Maxwell力元模型,详细研究了串联弹簧和串联阻尼非线性特性曲线对力元动态刚度、动态阻尼的影响规律。分别线性增大串联刚度和串联阻尼均能提高力元的高频动态刚度和低频动态阻尼。阻尼非线性决定了动态刚度的频变非线性曲线形式。结合橡胶节点动态试验中随幅值和频率变化的动态刚度和动态阻尼,采用具有非线性串联弹簧和串联阻尼的Maxwell模型,研究了橡胶节点非线性动力学模型,试验结果与模型仿真保持有较好的一致性。(5)生成不同类型的转臂节点纵向动态刚度非线性曲线模型,包括刚度的频率-幅值变化率、非线性刚度的凹凸性等,并带入到高速列车非线性动力学仿真模型中,研究了转臂节点纵向刚度非线性特征对车辆动力学性能的影响规律,尤其是对高速条件下蛇行运动分岔和蛇行频率的影响。各刚度非线性曲线对非线性临界速度影响不显著;增大刚度变化范围会恶化高速下的蛇行运动稳定性;采用动静刚度比不大的转臂节点可能更有利于运行安全;采用“凸形”的动态刚度曲线对抑制二次蛇行有利;转臂节点纵向刚度随着幅值增大而减小,不利于超高速运动时的二次蛇行运动稳定性和高速运动时的一次蛇行运动稳定性。