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空氣彈簧是一種性能優(yōu)良的隔振元件，因其具有極低的固有頻率、良好的阻尼性能和高頻隔振隔聲性能等優(yōu)點(diǎn)而廣泛地運(yùn)用于動(dòng)力機(jī)械的減振降噪。由于要承受較大的載荷，空氣彈簧的囊內(nèi)氣壓一般很大，表壓可達(dá)1MPa以上。空氣彈簧囊體材料一般采用以一定角度鋪設(shè)的多層簾線(xiàn)橡膠，簾線(xiàn)橡膠是一種是以橡膠為基體相，簾線(xiàn)為增強(qiáng)相的復(fù)合材料，能夠承受很大的載荷，當(dāng)氣壓較高時(shí)，采用多層簾線(xiàn)橡膠反對(duì)稱(chēng)鋪設(shè)，以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。空氣彈簧的強(qiáng)度分析是通過(guò)有限元方法計(jì)算層合簾線(xiàn)橡膠的應(yīng)變，進(jìn)而計(jì)算出單層簾線(xiàn)橡膠的應(yīng)力狀態(tài)，然后應(yīng)用強(qiáng)度理論判斷材料是否達(dá)到受力極限來(lái)進(jìn)行的。
按圖建立簾線(xiàn)橡膠坐標(biāo)軸，假設(shè)單層簾線(xiàn)橡膠法線(xiàn)方向h的有關(guān)應(yīng)力分量與LT面內(nèi)應(yīng)力分量相比很小，可以忽略不計(jì)。這樣，對(duì)單層簾線(xiàn)橡膠的分析簡(jiǎn)化為二維廣義平面應(yīng)力問(wèn)題，得到單層簾線(xiàn)橡膠的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為：在平面應(yīng)力狀態(tài)下，單層材料有5個(gè)基本強(qiáng)度：縱向拉伸強(qiáng)度FLt，縱向壓縮強(qiáng)度FLc，橫向拉伸強(qiáng)度FTt，橫向壓縮強(qiáng)度FTc，縱橫向剪切強(qiáng)度FLT。對(duì)簾線(xiàn)橡膠材料，判斷其失效的強(qiáng)度理論比較適用的是Hoffman準(zhǔn)則，該理論將各向同性材料的米西斯(Mises)屈服條件推廣到正交各向異性體，并且適用于材料的拉伸、壓縮強(qiáng)度不相等的情況，這正符合簾線(xiàn)橡膠的特性。
空氣彈簧的囊體是各向異性殼體，由于存在邊界條件、載荷的復(fù)雜性等困難，用經(jīng)典的殼體理論很難求得其解析解。因此，采用有限元方法進(jìn)行囊體受力分析是一種更為簡(jiǎn)便可行的方法，而且，多數(shù)有限元軟件都提供層合材料單元。利用有限元分析得到的囊體應(yīng)變的數(shù)值結(jié)果，可以計(jì)算各層應(yīng)力，從而進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，將空氣彈簧的殼體視為正交各向異性薄殼，采用殼單元進(jìn)行分析.分析中主要考慮兩個(gè)問(wèn)題：層合簾線(xiàn)橡膠材料的模擬和非線(xiàn)性因素，對(duì)于復(fù)合材料主方向工程常數(shù)的計(jì)算常采用哈爾平蔡方程。但是，利用這個(gè)方程求剪切模量和泊松比時(shí)要求知道基體相和增強(qiáng)相材料的剪切模量和泊松比，而簾線(xiàn)材料的這兩個(gè)參數(shù)是很難用實(shí)驗(yàn)得到，并且，簾線(xiàn)是以加拈的形式與橡膠結(jié)合的，這使得其力學(xué)參數(shù)的計(jì)算與測(cè)試更加復(fù)雜。文獻(xiàn)指出用有限元方法分析簾線(xiàn)橡膠材料的主要困難在于力學(xué)參數(shù)的測(cè)試與計(jì)算，并就這些參數(shù)的計(jì)算與測(cè)試提出了一些見(jiàn)解。根據(jù)簾線(xiàn)橡膠的特點(diǎn)，綜合方程以及文獻(xiàn)判斷材料失效的強(qiáng)度理論中的一些方法，對(duì)簾線(xiàn)橡膠的力學(xué)參數(shù)計(jì)算采取如下形式E.f.Em分別為簾線(xiàn)和橡膠的彈性模量，價(jià)為簾線(xiàn)的體積分?jǐn)?shù)，Gm為橡膠的剪切模量，Uf..Um分別為簾線(xiàn)和橡膠的泊松比。
在有限元分析軟件i-deas中，有專(zhuān)用模塊laminates建立復(fù)合材料的材料屬性，其方法是首先按上述計(jì)算結(jié)果生成正交各向異性單層材料屬性，然后按照一定的交角及鋪層規(guī)則鋪設(shè)各單層材料生成層合材料，再將材料運(yùn)用到有限元模型中。
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