基于灵敏度分析的单轨车辆转向架构架优化设计

以单轨转向架构架为研究对象,建立了转向架构架的有限元模型,分析了构架在四种典型工况下的静强度。对构架各焊板进行了灵敏度分析,取质量灵敏度与弯曲应力灵敏度绝对值比值较大的板厚作为设计变量,以质量最小作为目标函数,以应力和位移为约束条件,对构架进行了轻量化设计。优化结果表明,基于灵敏度分析的优化设计方法可行,对于其它同类结构的轻量化设计有一定的借鉴意义。     

转向架构架局部结构优化与轻量化研究

降低结构的应力集中效应、改变结构几何形状和减小结构几何尺寸是实现转向架焊接构架轻量化和提高疲劳强度的有效途径。文章以某转向架构架结构为例,基于DVS 1612标准的结构疲劳强度评估方法和规定的焊接接头质量等级,采用对结构高应力集中效应区域进行局部焊接接头优化和局部结构形状优化,将焊接构架抗侧滚扭杆安装座与侧梁下盖板连接焊缝的疲劳强度材料利用度由大于1.773分别降低到0.704和0.871,同时实现了侧梁下盖板、辅助纵梁内外立板板厚的减小以及横梁钢管壁厚的减小,满足疲劳强度的前提下,实现了构架轻量化与局部结构优化的目标。     

高速客车转向架模态分析研究

对２５０ｋｍ／ｈ高速客车转向架构架进行了有限元模态分析计算和脉冲激励试验模态分析，对该构架的实际承载状态进行了动态特性。通过计算机屏幕上的动画振型分析，可找出容易发生疲劳破坏的地方，也可得到构架的静态特性指标，为今后的结构参数优化和疲劳强度分析提供了依据。     

悬挂式单轨车辆转向架构架模态分析

车辆运行的稳定性和平稳性与转向架构架的弹性振动息息相关,而构架的动态特性可以通过模态分析的方法进行评价。文章以悬挂式单轨车辆转向架构架为研究本体,对结构进行自由模态和约束模态计算,并对计算得到的构架的固有频率与振型进行分析。结果表明转向架构架的刚度设计合理,能有效避免运行中受外部缴励发生共振现象,保证安装在构架上的零部件的正常工作环境,符合结构的动刚度要求,有利于列车的平稳运行。     

SS1型电力机车转向架模态分析研究

较系统地讨论了对ＳＳ１型机车转向架构架进行模态分析所涉及的模态理论和模态试验。研究了构架的模型化方法和模态特征，得出加肥型向架构 结构固有特性数据，由此判断该结构的易发生疲劳破坏的薄弱环节及位置所在。     

结构损伤识别的同步优化模式研究

结构损伤识别采用传统优化模式时，需要进行结构动力特征方程分析和动力参数灵敏度计算，求解过程复杂。从结构损伤演化的物理过程和测试误差角度出发，提出同步优化模式。以结构的损伤系数和动力参数为设计变量，将损伤系数在损伤状态与初始状态间的欧拉距离定义为目标函数，将结构动力特征方程及模态正交规格化条件转化为设计变量的等式约束，隐式动力参数约束简化成设计变量本身的界限约束。同步优化模式的算例识别表明，同步优化模式能够准确识别噪音下的结构单损伤和多损伤，且有着较好的收敛性能。整个求解过程无需进行结构动力特征方程的分析和动力参数灵敏度的计算，求解效率很高。     

钢轨波磨对高速动车组构架疲劳寿命的影响

为评估钢轨波磨对高速动车组构架疲劳寿命的影响,建立了车辆刚柔耦合多体动力学模型,基于模态叠加法得到了关键部位节点的动应力,利用Miner准则预测了高速动车组构架关键部位的疲劳寿命。结果表明:钢轨波磨会使构架关键部位的疲劳累积损伤加大,缩短构架的整体使用寿命。因此建议基于疲劳寿命预测对构架关键部位的结构进行优化设计。     

永磁直驱货运电力机车构架强度分析及结构优化

按照标准EN 13749-2011:《铁路设施—轮组和转向架—转向架结构要求的规定方法》,通过有限元分析方法对永磁直驱货运电力机车转向架构架进行了强度校核及模态分析,并且优化了构架牵引梁结构;分析结果表明,该机车转向架构架强度指标满足标准要求,构架模态振型合格,动态性能较好。     

空气弹簧气室载荷对焊接构架疲劳强度影响

为保证轨道车辆结构安全性,针对二系悬挂采用空气弹簧的转向架焊接构架,基于JIS标准的疲劳评价方法和Goodman图法,根据EN 13749主要运营工况进行加载,从工程应用角度出发,以构架焊接成型后是否可从外部进行实时监测和检测为评判标准,将侧梁上盖板单边角焊缝分为梁内焊根和梁外焊趾,将侧梁双边角焊缝分为梁内角焊缝和梁外角焊缝分别进行疲劳校核,完成了焊接构架侧梁角焊缝全面的疲劳评估。以是否添加空气弹簧气室压力作为研究变量,依照运动中机械载荷带来的空气弹簧气室压力变化进行气室载荷加载,研究空气弹簧气室压力对构架疲劳强度的影响。结果表明:在4种焊缝特征类型中,上盖板单边角焊缝焊根和背面焊接位置角焊缝基于JIS标准疲劳设计未满足疲劳强度要求;侧梁上盖板单边角焊缝受空气弹簧气室压力交变作用影响,焊根部位疲劳安全系数降低7.1%,焊趾部位疲劳安全系数降低29.8%;而侧梁内侧、外侧双边角焊缝受空气弹簧气室压力交变作用影响较小,疲劳安全因子降低仅2%左右。     

30t轴重电力机车转向架构架的静强度与疲劳强度分析及模态分析

依据UIC 615-4规程的有关内容对设计的30t轴重机车转向架构架强度进行校核分析,计算了转向架构架在超常工况和模拟运营工况下的载荷,采用Hypermesh软件对三维实体模型进行结构离散化,再利用ANSYS软件对转向架构架的静强度和疲劳强度以及模态进行分析。计算结果表明,该转向架构架能够满足车辆运营要求。     

铁道车辆转向架构架可靠性参数灵敏度分析

运用概率分析方法建立某转向架构架的参数化有限元模型。选取构架的材料属性、几何参数和载荷等作为随机变量,通过统计分析得到其分布参数。用构架母材和焊缝部位疲劳薄弱处的最大主应力和其许用疲劳强度建立疲劳强度可靠性失效状态函数。基于蒙特卡罗数值模拟方法,计算转向架构架的可靠度及参数灵敏度。分析结果表明:在所选择的随机变量中,空气弹簧部位的载荷变量和材料的许用疲劳强度变量对构架的疲劳强度可靠性影响较灵敏,而板厚变量和局部的载荷变量对构架的疲劳强度可靠性影响不显著。提出了转向架构架可靠性优化设计的建议。     

基于APDL的高速电力机车转向架构架有限元优化

基于APDL的有限无忧化设计方法．对高速电力机车转向架构架进行优化设计分析．得到的轻量化构架的结构受力更加合理、应力分布更加均匀．实现减重4．4％．可以满足静强度、疲劳强度和振动模态的要求。     

70%低地板有轨电车非动力转向架构架强度分析

基于70%低地板有轨电车车辆基本参数和技术要求,设计了有轨电车非动力转向架,详细介绍了非动力转向架构架的结构型式。利用有限元分析软件ANSYS对构架进行离散,参照相关标准对其进行静强度、疲劳强度及模态分析,根据分析结果对构架局部结构进行改进和优化。计算结果表明,构架在满足强度要求的同时能够减轻自重,实现轻量化,在运行过程中车辆与构架不会产生共振等不利情况。     

轨道交通车辆模态参数辨识方法研究

运用子空间辨识数值算法直接辨识出轨道交通车辆动力学系统的状态方程,对系统矩阵进行特征值分解后获得模态频率和阻尼比,运用稳态图来确定系统的物理极点,最后获得所识别系统的模态参数。利用此法,对轨道交通车辆垂向仿真模型进行了模态参数辨识研究。研究结果表明:如以轨道不平顺作为车辆输入、以车体和构架的位移响应作为系统输出进行辨识,则即使在噪声信号较大时,仍能获得良好的识别效果;运用仿真模型的加速度输出信号进行辨识时,车辆模态参数的识别精度受噪声影响很大;当噪声信号为原信号的5%时,以构架加速度作为输入、车体振动响应作为输出,仍能有效地识别车体的模态参数。     

采用下摇枕转向架的车辆横向稳定性研究

对采用下摇枕结构转向架的车辆进行了线性和非线性稳定性分析后得出如下结论:车辆失稳模态为构架与轮对同频同相振动的转向架蛇行模态,随着车轮踏面磨耗,车辆横向稳定性降低;当一系水平刚度减小时,轮对蛇行模态的自然阻尼减小;当牵引杆纵向刚度降低时,构架横向振动模态自然阻尼减小,横向稳定性降低。轮对水平定位刚度和旁承摩擦因数以及牵引杆纵向刚度对下摇枕结构车辆横向稳定性具有显著影响,三者中任一参数的变化都会影响到整车横向稳定性。     

基于PolyMax模态参数识别法的轴装式制动盘模态试验

针对结构复杂的轴装式制动盘模态参数无法采用有限元法快速准确识别的问题,基于PolyMax模态参数识别原理,搭建制动盘模态试验系统;采用锤击法进行轴装式制动盘的模态试验,运用PolyMax法对采集的频响函数数据进行模态参数识别,提取制动盘前10阶模态、阻尼和振型参数,分析制动盘的模态特性和传感器附加质量对制动盘模态频率的影响。结果表明:传感器附加质量对制动盘结构模态频率无影响;制动盘振动模态形式主要有周向模态、径向模态和混合模态3种类型,在频率1 627 Hz附近存在频率几乎一致的重根模态,模态复杂性比较低,近似为实模态振型,满足循环对称结构的典型模态振型特征;PolyMax模态参数识别法能快速准确地识别轴装式制动盘的模态参数,可为制动盘动力学特性分析和结构优化设计提供基础。     

基于模态应变能对高速转向架构架的动态性能研究

通过三维建模软件建立实体模型,然后导入到有限元软件ANSYS中进行模态分析,对比了自由状态和不同边界条件下的频率和振型,然后对实际线路上的构架进行了工作模态的测试并进行模态参数的识别。基于模态应变能的分析方法找出构架的薄弱位置,然后对其进行谐响应分析,得到薄弱位置处节点位移随频率变化的曲线,从而为进一步进行构架的动态响应分析以及结构的改进提供可靠依据。     

基于Workbench的B型转向架构架结构优化设计与试验验证

为了使转向架构架的结构强度在设计阶段满足标准要求,将有限单元法和优化设计理论相结合对其进行结构优化设计。首先,建立B型转向架构架的有限元模型,依据UIC 515-4及EN 13749标准对其进行结构强度分析,确定不满足标准要求的工况和位置。其次,利用APDL语言对模型进行参数化,基于Workbench的优化设计模块,采用遗传算法对其进行结构优化,得到新的结构方案,并对优化设计后的构架进行结构强度分析。最后,根据TB/T 2368—2005标准对构架进行试验,并与优化后的分析结果进行对比验证。研究结果表明,优化后的静强度、疲劳强度满足标准要求,并且与试验结果保持一致,说明转向架构架满足强度设计要求。同时,相比于按照经验进行方案优化设计,该方法效率较高,准确性更好,能够为其他轨道车辆结构的优化设计提供参考。     

双层动车组车体结构灵敏度研究

车体结构灵敏度为车体结构修改提供依据,是现代车体结构设计过程中的重要内容之一。本文以某双层动车组车体为研究对象,建立车体有限元模型,计算车体模态、应力及变形。以车体底架、侧墙、顶板、端墙等不同部位板厚度参数为设计变量,用半分析灵敏度方法,以车体模态频率、静载荷作用下的应力和变形为设计响应,计算响应对各设计变量的灵敏度。计算结果表明,车体前3阶模态频率随底架、侧墙、车顶结构厚度的增加而增大,随端墙、牵枕缓部位板件厚度的增加而减小;车体底架变形对下底板、车顶、侧墙各板板件厚度灵敏度较大,为负值;关键位置应力灵敏度多为负值。通过灵敏度计算分析,揭示影响车体性能的主要因素,明确提高车体模态频率、减小变形及应力的措施。通过灵敏度分析对车体结构进行修改,在提高低阶模态频率并保证变形和应力满足要求的前提下,使车体质量减少410kg。     

货车日字形焊接构架扭转刚度研究

将货车转向架日字形焊接构架简化为等截面直梁组成的模型,通过考察各梁在扭转载荷下的变形分布,研究降低构架扭转刚度的措施,并采用有限元方法对理论分析结果进行了验证.计算表明将鱼腹形端梁变为平直形端梁后,构架扭转刚度降低0.38%;降低侧、横梁中央截面高度后,构架扭转刚度降低8.4%;随着侧梁上盖板和横梁下盖板开槽宽度的增加,构架扭转刚度呈线性下降趋势.分析结果表明构架端梁的结构型式对构架扭转刚度影响不大;构架侧梁上盖板开槽虽能降低构架扭转刚度,但将引起局部区域较强的应力集中;横梁弯曲、扭转刚度对转向架构架扭转刚度有较大影响,将横梁截面由闭口变为开口能够显著降低构架扭转刚度.