高速动车组车轴动应力计算及可靠性分析

为研究高速动车组车轴的疲劳可靠性,基于TB/T 3352-2014不平顺轨道谱,利用UM建立整车刚柔耦合动力学模型,分析得到轮轨动力学响应,通过雨流计数法统计作用于轮轴上的8级载荷谱,结合ANSYS通过准静态法求得车轴动应力,利用Miner理论和修正的Paris公式计算出车轴疲劳寿命,最后基于三参数威布尔分布分析了不同可靠度下的车轴疲劳寿命.结果表明:轮座内侧圆弧过渡处最薄弱,可靠度为0. 9时,其寿命约为28. 84年.该方法将传统有限元强度分析方法和动力学仿真方法相结合,使分析结果更准确.     

内轴颈高铁车轴结构设计与强度分析方法

针对高速列车的轻量化设计需求，分析了内轴颈高铁车轴独特的内支承结构与承载特点，建立了内轴颈高铁车轴受力状态和结构强度理论分析模型，提出了内轴颈高铁车轴设计极限载荷和疲劳强度的解析计算方法；在此基础上，制定了基于理论分析、有限元方法和车辆系统动力学的内轴颈高铁车轴结构设计方法，并以17 t轴重的内轴颈高铁车轴为例开展了应用研究；基于内轴颈高铁车轴受力状态的理论分析结果，确定了车轴的临界安全截面和详细尺寸方案；建立了内轴颈高铁车轴的有限元模型，评估并校核了车轴的疲劳强度；建立了轴箱内置式高速动车的刚-柔耦合系统动力学仿真分析模型，验证了车辆的动力学性能和车轴的动荷载。分析结果表明:17 t轴重的新型内轴颈高铁车轴的质量为273.6 kg，比同轴重传统外轴颈高铁车轴的质量低约30%；内轴颈高铁车轴各截面疲劳强度的安全系数均大于1.66，临界安全截面转移至轴颈与轮座之间的卸荷槽及轴颈与轴身之间的过渡圆弧区域；采用内轴颈车轴的高速动车能够以350 km·h-1的速度稳定通过半径为5.5 km的曲线线路，主要动力学性能指标优良；在选定曲线通过工况下车轴所承受的动载荷均能被设计极限载荷包络，据此开展的车轴结构设计和强度分析是稳健的。可见，内轴颈高铁车轴在实现高速列车轻量化设计方面有显著的技术优势，且高速适应性较好，在高速列车领域的发展和应用潜力巨大。      

基于传递矩阵法的轮对固有频率计算方法

应用传递矩阵法分析机车车辆轮对的固有频率,根据轮对的结构特点,将车轮和轴箱简化为集中质量和转动惯量,车轴简化为包含集中质量和转动惯量的变截面Timoshenko梁,建立轮对振动的传递矩阵,用Newton-Raphson方法求解频率方程,得到轮对的固有频率值。在轮对设计阶段,对其自振频率进行计算,分析其对轮对本身应力状态、机车车辆系统和轨道系统振动动态特性的影响。该方法与有限元方法计算的轮对固有频率的相对误差小于10%,具有较高的计算精度,满足工程设计的需要。     

机车轮对过盈配合温差法装配的有限元模拟

与经典的力学方法相比,用有限元方法可以有效地分析复杂形状轴毂过盈配合的各种问题,从而提高轴毂过盈配合设计的可靠性.对机车轮对过盈配合温差法装配过程的有限元模拟说明,虽然在过盈量较小时,弹性和弹塑性有限元模拟都能够比较真实的模拟车轮与车轴中的应力分布,确切地反映轮毂配合间的接触边缘应力集中等,但是,当过盈量较大而发生塑性变形时,弹塑性模拟分析,能够比较准确地计算出轮对的塑性变形,因而,比弹性有限元模拟更加真实,因此,弹塑性有限元分析对安全性要求很高的机车轮对过盈配合的设计就更有指导意义.     

基于正交有限元法的轮对压装影响因素研究

轮对压装是保证铁路车辆安全运营的关键因素之一.根据车轮、车轴真实结构和参数,对其注油压力、车轮直径变化量进行理论计算,并在有限元软件中建立轮对注油压装模型,在此基础上对理论模型进行验证,仿真模拟计算轮对注油压装过程.同时,采用正交分析法对压装影响因素进行敏感性分析.结果表明:注油压装过程中,压装力的影响因素依次为车轮毂孔圆柱度、车轴轮座圆柱度、过盈量和摩擦系数;冷压过程中,对压装力的影响因素依次为车轴轮座圆柱度、车轮毂孔圆柱度、过盈量和摩擦系数;冷压过程中,对起点陡升压力影响因素依次为车轮毂孔圆柱度、过盈量、车轴轮座圆柱度和摩擦系数.     

基于有限元方法的高速变轨距转向架车轴磨损分析

针对高速变轨距转向架在运用过程中出现的车轴异常磨损问题,分析了造成车轴异常磨损的原因。基于Archard理论模型,推导了变轨距转向架车轴表面磨损量的计算公式;运用有限元方法,利用HyperMesh与ANSYS软件联合仿真,建立车轴-滑动轴承的有限元分析模型,研究了垂向载荷、车轴-滑动轴承间隙配合值对车轴磨损量的影响。变轨距列车时速为250 km/h时,计算结果表明:垂向载荷以及车轴-滑动轴承间隙配合值越大,车轴表面磨损也越严重;当车轴-滑动轴承间隙配合值为0.15 mm且车轴端部受到垂向载荷110.31 kN作用时,列车运行30万km后车轴的表面磨损量最高达0.480 mm。     

机车轮对温差法装配过程三维弹塑性模拟

用有限元方法对机车轮对温差法装配过程进行了三维弹塑性模拟,分析了车轮与车轴中的等效应力和接触应力的分布以及轮对的塑性变形,探讨了轮毂配合间的边缘应力集中问题,对轮对过盈配合的设计具有一定的指导意义.     

机车轮对温差法装配过程三维弹塑性模拟

用有限元方法对机车轮对温差法装配过程进行了三维弹塑性模拟,分析了车轮与车轴中的等效应力和接触应力的分布以及轮对的塑性变形,探讨了轮毂配合间的边缘应力集中问题,对轮对过盈配合的设计具有一定的指导意义.     

高速列车驱动车轴动态特性分析

将车轮和轴箱分别简化为集中质量和转动惯量,用连续弹性Timoshenko梁模拟变截面车轴,建立弹性轮对与轨道耦合垂向动力学模型,分析车轴动态刚度与轮轨作用力、车轴自身振动特性和车轴动应力的相互关系。发现:轮对的一阶和二阶固有频率分别由76.34Hz和130.03Hz降低到53.68Hz和100.02Hz,车轴的一阶模态振动加速度和弹性振动位移分别增加60.12%和92.21%,轮轨动作用力增加6.23%,车轴轮座内侧和轴颈危险截面的动应力分别增加39.30%和34.13%。分析结果表明:轮轨动作用力和车轴的动应力随着车轴动刚度的降低而增加,因此,提高轻量化轮对的固有频率和动态刚度能保证高速列车安全运行和提高车轴疲劳强度。     

机车轮对过盈配合温差法装配的有限元模拟

与经典的力学方法相比，用有限元方法可以有效地分析复杂形状轴毂过盈配合的各种问题，从而提高轴毂过盈配合设计的可靠性．对机车轮对过盈配合温差法装配过程的有限元模拟说明，虽然在过盈量较小时，弹性和弹塑性有限元模拟都能够比较真实的模拟车轮与车轴中的应力分布，确切地反映轮毂配合间的接触边缘应力集中等，但是，当过盈量较大而发生塑性变形时，弹塑性模拟分析，能够比较准确地计算出轮对的塑性变形，因而，比弹性有限元模拟更加真实，因此，弹塑性有限元分析对安全性要求很高的机车轮对过盈配合的设计就更有指导意义．