随机振动疲劳分析方法在高速铁路车辆上的应用

铁路车辆转向架上的某些零部件受到的随机振动激扰易引发结构共振而导致疲劳破坏,这种振动疲劳与结构动力学、随机振动和疲劳损伤理论都密切相关。文章依据武广线上实测的加速度激励谱,根据Dirlik模型对某高速动车组辅助安装座进行了随机振动疲劳评估,找到了结构的薄弱位置,其疲劳寿命满足2000万km的运营要求。频域振动疲劳分析方法考虑了结构的动态响应,可以用.于高速动车组转向架零部件结构的疲劳评估。     

地铁车辆转向架排障器疲劳分析

通过对某地铁线路车辆排障器动应力及加速度数据进行分析、处理,得到排障器加速度功率谱,并作为排障器随机振动疲劳分析的输入条件,对排障器进行随机振动疲劳分析,从试验结果可以判断,应用排障器实测数据进行有限元随机振动疲劳分析对排障器的结构优化、疲劳寿命提高具有重要指导意义。     

一种地铁车辆排障器随机振动频域疲劳分析及优化

地铁车辆排障器安装于转向架前端,主要用于清除轨道障碍物,保证车辆正常运行。安装位置及轨道不平顺带来的轨道激扰容易导致排障器的结构疲劳断裂。采用随机振动频域疲劳分析方法,能够有效地找出结构疲劳薄弱位置。根据计算结果优化结构,优化后的计算结果满足GB/T 21563—2018《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》和IEC 61373:2010《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》标准要求。     

地铁车辆轴箱吊耳断裂机理分析及优化

针对某型地铁车辆轴箱吊耳的异常断裂问题,在车辆实际运行线路进行了轴箱吊耳振动加速度和动应力测试;利用测试结果进行了时域频谱分析及传函分析,确定了轴箱吊耳结构的振动特性;进行了结构模态分析和疲劳寿命计算,表明轴箱吊耳的固有频率与轴箱传递率峰值所对应的频率范围重合,轴箱吊耳结构受到来自轴箱的振动激励,在根部处发生共振导致疲劳寿命不足而提前断裂.最后,通过对整体结构进行形貌优化,提高轴箱吊耳疲劳寿命,使其满足运营时间要求.     

铁路车辆悬挂件振动疲劳评估与结构优化研究

针对铁路车辆悬挂件疲劳失效问题，回顾了振动疲劳相关理论和既有公开发表的研究成果。梳理并研究了线路试验、台架试验和仿真评估等适用于铁路车辆悬挂件的振动疲劳强度评估方法；针对动应力测试数据的时域统计评估，提出了适用于带拐点的S-N曲线的等效应力计算公式。阐述了为提高铁路车辆悬挂件疲劳性能，在产品结构设计和运用维护方面可采取的改善措施；为避免系统在周期性激励下发生共振，经分析计算，给出了激励频率比的建议避让区间。最后以实例详细说明了悬挂件振动疲劳评估过程、疲劳问题原因分析、结构优化和验证过程，改进效果显著，表明所提方法对提升车辆悬挂件可靠性、确保车辆安全运用具有指导意义。     

基于线路实测载荷谱的转向架部件振动疲劳分析

为分析轨道交通车辆转向架零部件疲劳断裂的原因,基于某地铁车辆线路试验数据,以转向架实测谱为输入激励,使用频域疲劳分析方法对部件进行振动疲劳寿命分析,同时也采用实测应力进行寿命分析,并与频域疲劳分析方法做对比。其中,分析了正常与异常载荷谱对部件疲劳的影响,探讨转向架零部件结构疲劳失效原因,分析结果可供相关设计与优化参考。     

基于主S-N曲线方法的冷却单元支架随机振动疲劳分析

IEC 61373标准规定轨道车辆安装设备应当进行模拟长寿命随机振动条件的疲劳评估。为了克服名义应力方法在确定接头疲劳等级时具有较强的人为随意性的缺点，文章首次将主S-N曲线与Steinberg三区间法相结合，对时速350 km标准动车组牵引变流器冷却单元支架结构的关键焊接接头进行了随机振动疲劳数值分析。计算结果表明，冷却单元支架的最大疲劳损伤为0.863,位于立柱与小横梁之间的焊接接头，疲劳强度满足要求。通过分析多条典型焊缝发现，焊缝疲劳损伤主要由单一方向的振动工况主导，并且低频模态的贡献较大。文章提出的评估流程充分利用了上述2种方法的优点，可以对焊接接头进行可靠的疲劳评估，可为结构设计方案的确认提供理论依据。     

城市轨道交通车辆转向架天线梁随机振动疲劳分析

为提高某城市轨道交通车辆转向架天线梁结构的疲劳寿命,对天线梁结构进行了随机振动疲劳分析,并建立了有限元模型。将实际线路中采集到的时域加速度谱变换为频率内的载荷激励谱,作为仿真分析的输入条件。结合Dirlik公式和线性疲劳累积损伤理论,计算产生天线梁的最大损伤位置及其损伤值。对天线梁的疲劳寿命进行了预测,并依据计算结论对天线梁结构进行优化。仿真分析结果与实际线路动应力测试结果对比表明,随机振动疲劳分析方法可以反映转向架天线梁疲劳的真实运行特点。     

机车车辆车下悬挂箱体设备安装座疲劳寿命仿真优化分析

机车车辆在运行过程中,传递给车下悬挂箱体的随机振动激励与箱体内部结构的固有频率相接近时,会使结构产生共振而发生疲劳破坏。为研究箱体安装座在振动载荷下发生疲劳破坏的原因,基于结构振动疲劳寿命分析方法,采用有限元软件对悬挂箱体结构进行随机振动疲劳寿命分析。然后利用Dirlik法和Miner线性损伤累积准则对箱体设备安装座进行疲劳损伤评估,并对结构进行仿真优化。经分析表明,箱体安装座的疲劳寿命与安装设备的高度、质量以及安装座刚度有关,这些部件参数决定了箱体内部结构的固有频率,从而影响结构疲劳损伤的大小。     

基于模态应力的转向架关键悬挂件振动疲劳研究

通过建立构架关键悬挂件振动疲劳分析模型,采用模态叠加法,获得基于模态应力的构架关键悬挂件应力功率谱,并推导出结构应力的概率分布函数,并以IEC 61373标准谱和实测加速度谱为激励,利用线性疲劳损伤准则获得结构振动疲劳寿命。研究结果表明:关键悬挂件结构在IEC 61373三向加速度各激励5 h后,疲劳累积损伤值最大为1.58;在实测武广线加速度激励下,疲劳寿命为297万km;基于模态应力的分析方法能够有效地考虑激励频率与结构自身频率的振动关系,进而获得更准确的疲劳寿命。     

某城际列车齿轮箱结构振动疲劳寿命预测研究

齿轮箱结构是动车组转向架传递动力学的核心部件,近年来,随着我国动车组运行速度的不断提升,载荷频率也随之提高,齿轮箱箱体结构因振动而导致的疲劳开裂现象屡见不鲜.针对高速运行条件下某城际列车齿轮箱箱体结构的振动疲劳问题,采用刚柔耦合动力学仿真的方法进行分析.首先建立齿轮箱箱体结构有限元模型,计算模态并与试验测试的模态结果进行对比验证模型的有效性,然后将齿轮箱箱体做成柔性体,建立刚?柔耦合整车动力学模型,为了考察轨道高频激励对齿轮箱振动疲劳的贡献,在轨道不平顺中加入短波不平顺,以轨道不平顺为激励进行线路运营情况模拟,计算对比了原结构和改进方案的疲劳寿命,结果显示改进结构的疲劳寿命较原结构有较大的提升,满足1200万km设计使用寿命的要求.     

基于刚柔耦合系统的关键零部件动应力仿真和疲劳寿命计算

应用刚柔耦合系统动力学方法，将铁道车辆关键零部件如客车转向架构架、货车转向架交叉杆组成等作为柔性体，通过模态综合方法融合在车辆多体动力学模型中，再通过车辆动力学仿真分析，获得关键部件上危险点的动应力。根据整个寿命周期内车辆不同运用工况的组合，获得相应危险点上的动应力谱，最后应用疲劳损伤准则，进行疲劳寿命计算。作为算例，应用该方法对配装转K6型转向架的交叉杆组成进行了疲劳寿命评估。     

北京地铁受流器疲劳可靠性评估及改进研究

北京地铁1号线车辆采用新型受流器,其受流靴在实际运用中出现了过早失效断裂的现象.分析了受流靴断裂的原因,提出了城市轨道交通车辆关键部件疲劳可靠性评估及改进方法并应用于实际结构.基于损伤一致性原则,将实际线路测试的受流靴动应力数据变为Ansys能识别的载荷加载到原结构,计算受流靴原结构疲劳寿命,计算结果与实际运用寿命一致.在此基础上,采用优化算法,提出了结构改进方案.新结构方案可解决受流靴因疲劳而提前失效的问题.     

200km/h客运机车排障器强度分析及设计改进

文章基于ANSYS软件对200 km/h客运机车排障器进行强度分析,得出排障器原结构的薄弱位置,提出了设计改进方案并进行了强度分析,最后将仿真分析结果与试验结果进行对比分析,并验证了改进方案的结构合理性。     

货车车体结构腐蚀损伤与疲劳寿命研究

研究了车辆承载构件在运用环境腐蚀和应力联合作用下的腐蚀疲劳问题，探讨了考虑可靠度的腐蚀疲劳损伤分析与计算方法，并以C64型敞车为对象，选择车体结构危险部位进行了组合工况下腐蚀疲劳损伤与疲劳寿命实例计算，着重分析了腐蚀对C64型敞车疲劳损伤及疲劳寿命的影响。     

基于虚拟疲劳试验的城市轨道交通车辆空气弹簧寿命评估方法

以上海地铁某型空气弹簧胶囊为研究对象,提出了一种基于Abaqus+Simpack+Fe-safe虚拟联合仿真试验平台的复合橡胶材料疲劳寿命评估方法。通过该虚拟仿真模拟技术,实现了空气弹簧的疲劳寿命评估和损伤原因分析。本方法的研究对合理确定空气弹簧检修周期、节约维修成本具有一定意义,同时该方法对研究具备多物理场耦合特性的复杂橡胶零部件疲劳特性具有一定的参考价值。     

地铁车辆车体振动特性柔性仿真与测试

文章依据刚柔耦合结构动力学理论,阐述了地铁车辆柔性车体和刚性转向架耦合模型的动力学计算以及提取车体某些具体位置振动加速度信号的过程;基于振动信号测试理论,现场测试与仿真计算同工况下的同型地铁车辆相同位置的振动加速度信号.通过将仿真结果与现场测试采集的信号数据进行对比,验证了仿真方法与结果的正确性.最后将现场测试的振动加...     

构架弹性振动对疲劳寿命影响研究

近年来国内地铁车辆转向架构架多次发生弹性振动问题,弹性振动对构架疲劳寿命的影响已引起高度关注。现对国内某型地铁车辆转向架构架动应力进行测试并对数据进行时域和频域分析,得到了构架上发生弹性振动测点的动应力特点;在建立构架有限元模型的基础上,计算了构架自由振动频率,结果表明构架实际线路运用中弹性振动频率与其某阶固有频率一致;对测试数据采用去除振动主频率的方法,得到去除弹性振动后测点的动应力时间历程及分布特性,结合雨流计数法、S-N曲线并应用Miner线性疲劳累计损伤理论,得到发生弹性振动和去除弹性振动情况下构架上不同部位测点的等效应力幅值及疲劳寿命,进而获得构架弹性振动对疲劳寿命影响特性。研究结果表明,发生弹性振动后,构架局部位置疲劳寿命将大幅下降,可降至原设计寿命的1/3。     

地铁车辆牵引橡胶关节结构改讲

文章详细介绍了某地铁车辆牵引橡胶关节初始设计方案的结构特点及存在的缺陷,并提出了改进的思路,利用有限元分析确定了新结构.刚度和疲劳试验表明,新结构能够满足100万km以上的使用要求.     

基于动应力试验的转向架构架疲劳寿命预测

对某地铁车辆转向架的构架进行了在线动应力试验,通过试验得到了实测的应力—时间历程,根据疲劳危险点的选取原则选出几个疲劳危险测点对其进行评估,然后运用雨流法对疲劳危险测点的应力—时间历程进行循环计数后编制出二维应力谱,最后结合存活率为95%的16Mn钢试样疲劳P-S-N曲线,应用Miner线性疲劳累积损伤理论对该地铁转向架构架进行了疲劳寿命的预测。