基于瞬态动力学的铁路货车车体疲劳强度评价研究

以C70E型敞车车体为研究对象,通过线路试验获得了车体载荷-时间历程和疲劳关键部位的应力-时间历程,并基于实测的载荷-时间历程提出了基于瞬态动力学的车体疲劳强度评价方法。运用瞬态动力学的方法仿真计算了车体动态载荷作用下的应力响应,得到车体动态载荷-应力响应关系。结合Miner累积损伤理论,计算了车体载荷谱损伤和应力谱损伤,并对动态和静态仿真计算损伤进行了对比分析。结果表明:动态仿真计算损伤更接近于真实损伤,验证了基于瞬态动力学的车体疲劳强度评价方法的准确性和可靠性。     

货车车体疲劳试验载荷谱编制方法研究

以C70车体为研究对象,实测得到车体载荷数据和疲劳关键部位的应力数据。对实测数据用于车体台架疲劳试验的载荷谱编制方法进行了研究,提出了利用车体载荷和应力同步响应关系编制疲劳试验载荷谱的方法。依据损伤等效原则,剔除了对车体损伤无贡献的小应力循环,简化浓缩了应力时间历程。利用载荷和应力测试的同步性,对实测载荷时间历程进行简化和浓缩,编制了适用于车体台架疲劳试验的载荷谱。结合累积损伤理论,对比分析了浓缩前后车体疲劳损伤,验证了该方法的可行性和准确性。     

C_(80)型敞车车体载荷谱与剩余寿命研究

利用线路试验获取的C_(80)型敞车铝合金车体垂向、纵向、侧滚和扭转载荷谱,分析了应力强度因子变化规律,确定了不同裂纹深度、不同载荷情况下的裂纹扩展速率,得到了C_(80)型车体关键部位裂纹的扩展规律和剩余寿命,为制定科学的检修周期提供依据。     

货车焊接结构疲劳寿命预测研究

基于国际焊接学会标准和英国标准,结合有限元静强度结果和实测载荷谱,对某出口运煤车车体关键部位典型焊接接头形式进行了疲劳寿命对比分析。结果表明,合理选择焊接接头形式和焊接工艺可以成倍地提高结构的疲劳寿命。     

C_(70E)型通用敞车车体载荷谱测试与研究

以C_(70E)型通用敞车为研究对象,实测了北京—成都、北京—哈尔滨和北京—广州3条典型通用线路的车体载荷信号数据。对实测载荷信号数据进行数据处理,得到了车体4种主要载荷类型的载荷-时间历程。依据雨流计数法编制了车体4种载荷谱。     

地铁车辆车体动应力谱外推及寿命评估

针对地铁车辆车体动应力测试样本数据不足以全面评估全寿命服役周期下应力特征的问题，以某地铁车辆为例开展了车体动应力谱外推及寿命评估方法研究。首先，获取服役地铁车辆车体枕梁位置实测应力时程，结合参数估计、核密度估计方法开展动应力谱外推研究；然后，综合2种方法的局限性，提出了分段拟合函数表征的应力谱外推方法，基于拟合得到的应力分布规律外推获得了等效应力幅值谱；最后，评估得到了车体枕梁关键部位的疲劳寿命。结果表明：基于分段应力概率密度函数表征的载荷谱外推方法考虑了列车全寿命周期服役下的载荷极值影响，弥补了单一参数估计拟合误差较大以及核密度估计拟合依赖样本值的不足。     

基于单轴损伤的货车钩尾框多轴疲劳寿命分析

基于单轴应变疲劳分析，提出了比例加载多轴应力状态下的疲劳寿命计算方法。采用钩尾框AAP载荷谱和我国实测荷谱，对货车13号车钩钩尾框细胞了细致的有限元计算和多轴疲劳寿命分析，结果与实际相吻合，并证明载荷谱中大载荷劳损伤有主要贡献。     

货车车体疲劳载荷谱的编制及验证

通过5000t重载列车的动应力测试,参照AAR机务标准,编制了车体测点应力谱、心盘载荷谱、纵向载荷谱以及侧滚载荷谱。利用ANSYS有限元软件对C70型通用敞车车体进行了计算,并利用编制的载荷谱计算车体测点的损伤,然后与按照应力谱计算出的损伤结果相比较,验证了载荷谱,最后分析了利用分力谱来计算车体损伤的可行性。     

基于实测载荷谱的侧架寿命分析

随着铁路提速重载的发展,铁路货车转向架零部件的疲劳裂损率增加。本文通过我国几条典型线路实测,得到我国铁路货车的实测载荷谱。利用有限元仿真得到载荷—应力的转化系数,由实测载荷谱得到应力谱,基于该应力谱计算转向架侧架的疲劳寿命,并和AAR载荷谱的疲劳寿命对比分析,验证实测载荷谱的可用性。     

B120型地铁铝合金车体疲劳寿命预测

B120型地铁铝合金车体为整体承载全焊接结构,主要采用大型中空铝合金型材组焊而成。通过有限元方法对B120型地铁铝合金车体结构进行强度计算;选取典型线路的载荷谱,根据静强度计算的结果,折算出对应评估点应力幅;基于IIW标准,运用麦因纳疲劳累积损伤理论,对B120型地铁铝合金车体的关键点进行了疲劳寿命预测。     

轨道客车车体关键部件寿命评估方法研究及应用

为对某型号轨道客车车体关键部件进行寿命评估,研究一种利用实际线路载荷数据并通过台架试验方式实现的方法。通过对在实际线路上运行车辆的关键载荷部位进行跟踪测试,得到车体关键部位的动态应变及加速度数据,并进行载荷等效转换。利用线路实测数据和仿真分析对比,结合德国FKM理论,编制试验载荷加载谱。利用该加载谱在实验室模拟车辆运行时车体主要载荷的施加,完成客车车体台架试验。该试验方法可为轨道车辆车体的研发提供数据支持。     

车体疲劳强度设计及疲劳寿命预测方法研究

文章介绍了车体疲劳强度设计方法,以及运用载荷谱的车体疲劳寿命预测方法,深入研究了基于AAR标准的疲劳分析方法和基于IIW标准的疲劳分析方法,并进行了具体案列分析与验证。     

基于多体动力学和有限元法的车体结构疲劳寿命仿真

提出一种多体动力学仿真和有限元法相互结合进行结构疲劳寿命预测的方法,并以机车车体结构为例进行了疲劳寿命计算。利用SIMPACK的多体仿真技术获得车体结构的动载荷历程;在ANSYS中利用准静态应力/应变分析法计算结构危险节点应力影响因子;根据模态分析技术确定车体结构固有频率和模态振型以及危险点位置。最后,基于动应力历程以及Palmigren-Miner损伤理论,利用FE-FATIGUE软件的基于应力的结构安全因子分析法对车体结构进行疲劳寿命预测,其中包括应力应变的循环计数、损伤预测和最终寿命估计。     

铆接钢桥剩余寿命与使用安全评估

基于铆接钢桥的疲劳损伤演化机理,以及铆接结构多破坏模式和铆接多成份、多构件的疲劳失效论与方法进行系统研究,建立基于疲劳累积损伤理论、断裂力学和可靠度理论的铆接钢桥使用安全评估系统。本文研究工作主要表现在以下几个方面。(1)针对我国公路与铁路桥梁设计规范尚未对交通荷载谱模拟做出规定的不足,在现场交通观测和应力谱实测基础上,运用MonteCarlo模拟技术,实现公路与铁路桥梁交通荷载谱和应力谱的模拟。通过上海市浙江路桥和京九线赣江桥计算应力谱与实测应力谱的对比分析,表明本文建立的交通荷载谱可用于疲劳寿命评估。(2)…     

撒砂装置振动疲劳寿命评估研究

在轨道车辆实际运营过程中，经过准静态疲劳校核后的结构会出现由于随机振动疲劳而导致结构失效的现象。基于此，文章以动车组撒砂装置为例，分别基于标准IEC 61373中定义的各方向轴箱加速度功率谱和基于实测数据的考虑多特征频带的平直谱作为载荷输入，结合时域法、Dirlik法、Lalanne法、Rayleigh法和Zhao-Baker法对动车组撒砂装置振动疲劳寿命进行了评估。结果表明，在4种频域法结构损伤的计算结果中，Zhao-Baker法和Dirlik法与时域法损伤计算结果较为接近，而Lalanne法和Rayleigh法相差较大，说明Zhao-Baker法和Dirlik法对撒砂装置结构损伤计算较为准确，可以用于动车组撒砂装置的随机振动疲劳研究。另外，相比实测线路数据，标准IEC 61373中定义的功率谱高估了低频范围的撒砂装置服役载荷幅值水平，而忽略了大于500 Hz频率范围对撒砂装置疲劳强度的影响。     

车轮车轴疲劳性能测评技术（下）

介绍车轮和车轴疲劳试验内容、试验方法以及偏心共振法、悬臂梁法、拉压法的疲劳试验设备技术特点。在车轮、车轴疲劳性能台架试验验证方法研究中,分析载荷谱台架试验技术,基于车轮疲劳当量应力的车轮通道合并理论和基于车轴当量弯矩轮轨力的车轴通道合并理论,提出基于实测轮轨力-时间历程的车轮和车轴服役载荷谱编制方法。该方法可以用于机车车辆车轮和车轴新产品疲劳可靠性评定、性能验证以及线路服役条件下的性能模拟。为缩短试验周期,提出载荷谱等效强化方法,给出基于线路实测载荷谱的台架试验方法。     

车轮车轴疲劳性能测评技术（上）

介绍车轮和车轴疲劳试验内容、试验方法以及偏心共振法、悬臂梁法、拉压法的疲劳试验设备技术特点。在车轮、车轴疲劳性能台架试验验证方法研究中,分析载荷谱台架试验技术,基于车轮疲劳当量应力的车轮通道合并理论和基于车轴当量弯矩轮轨力的车轴通道合并理论,提出基于实测轮轨力-时间历程的车轮和车轴服役载荷谱编制方法。该方法可以用于机车车辆车轮和车轴新产品疲劳可靠性评定、性能验证以及线路服役条件下的性能模拟。为缩短试验周期,提出载荷谱等效强化方法,给出基于线路实测载荷谱的台架试验方法。     

罐车车体结构疲劳损伤规律研究

基于U80H型罐车的线路实测动应力响应数据,分析了载重、运行速度对罐车车体结构疲劳损伤的影响规律。研究结果表明:牵引梁与车体其他部位连接处是罐车车体结构疲劳强度薄弱区域;轴重对车体结构损伤呈非线性影响,在大轴重的情况下损伤随轴重的增加急剧增加;存在车体结构损伤最小的车辆运行速度,采用合理的车辆运行速度可有效延长车辆的使用寿命。根据所得车体结构疲劳损伤规律,分析得到车辆最大轴重时的最快运行速度及最快运行速度下的最大轴重。     

基于谱分布估计和损伤一致性理论的动车组载荷谱校准方法研究

本文对轨道车辆线路实测载荷谱及应力谱展开研究,对已有基于损伤一致性的载荷谱校准方法进行有效修正,并利用威布尔分布和对数正态分布的组合分布进行载荷谱分布估计、实测载荷理论最大值估计、载荷谱扩展,从而实现对实测载荷谱的校准。将校准结果与损伤一致性载荷谱校准方法进行比较,充分证明组合分布对载荷谱分布估计的有效性和扩展载荷谱在轨道车辆载荷线路实测中的重要作用,从而提出利用组合分布对载荷谱分布估计的校准方法。     

基于损伤等效理论的AC 25kV腕臂型支持装置疲劳程序谱编制

刚性接触网具有结构简单、载流量大、净空要求低等优点,已广泛应用于城市轨道交通中。疲劳程序谱是疲劳试验中加载于被测试结构上的载荷,随着刚性接触网零部件疲劳试验的推进,迫切需要制定针对刚性接触网零部件的疲劳程序谱。以AC 25 kV刚性接触网腕臂型支持装置为研究对象,基于疲劳损伤理论、雨流计数法及古德曼等寿命公式,通过损伤等效的方式将变幅应力循环等效为恒幅应力循环,给出以原始载荷谱中零均值应力最大幅值循环作为原始载荷谱的等效载荷谱的损伤等效方案,通过实际案例对载荷谱损伤等效方案进行有效性验证,基于载荷谱等效方案,得到AC 25 kV刚性接触网腕臂型支持装置疲劳程序谱。