铁路货车车体疲劳试验台关键技术

为完善铁路货车的疲劳可靠性评估标准和评估体系,设计并建造了由电液伺服液压系统、机械结构系统、电气控制及安全监控系统、测试数据采集及处理系统以及配套的基础设施等5部分组成,以模拟摇枕的垂向、横向、纵向作动器及车钩力作动器为加载系统的铁路货车车体疲劳与整车振动试验台;基于所提出的车体疲劳试验(车体的在线运行状态模拟和加速疲劳试验)核心原理,开发了车体疲劳试验的线路动态响应谱测试、测试数据处理、试验台驱动文件编制、疲劳试验及其过程监控5项关键技术。以C70E型通用敞车的重车车体疲劳试验为例,在试验台上模拟其在北京—成都间累计运行等效总里程约314.2万km后,对该车车体的疲劳可靠性进行评估。结果表明:驱动文件重复执行时车体加速度的均方根误差小于5%、关键点应力的均方根误差小于17%,车体在线运行状态的模拟精度满足铁路货车车体疲劳试验的要求;C70E型通用敞车的车体能满足25a设计寿命的要求,验证了所提出试验原理及各项关键技术的适用性和有效性。     

模拟铁路货车线路运行时车辆响应的试验方法研究

以C70E型敞车为试验对象,结合车辆动态特性和试验台加载结构,布置了反映车体振动状态的加速度测点,通过车辆线路运行动态响应测试采集数据,并对测试数据进行处理,得到试验台迭代的目标信号;利用白噪声信号驱动试验台,得到试验台和车体的系统响应,计算出系统的频率响应函数;根据已知的目标信号和获得的系统频率响应函数,利用TWR迭代方法在试验台上进行迭代,最终得到试验台上模拟车体线路运行的驱动信号。迭代误差在允许误差范围内,试验台上的车体响应信号与目标信号的时域、频域基本一致,达到了模拟线路运行的要求,同时也进一步验证了文中提出的各项关键技术的适用性。     

C_(70E)型通用敞车模态试验研究

针对C_(70E)型通用敞车空车工况和重车工况(压实煤、松散煤)进行了不同激励模式(激振器激励、疲劳与振动试验台激励)、不同边界条件(整备状态、橡胶弹簧支撑车体、模拟摇枕支撑车体)下的模态试验研究,识别出C_(70E)型通用敞车刚体和弹性体模态的频率、振型和阻尼比,并对结果进行了分析,总结了C_(70E)型通用敞车的模态试验方法以及激励信号的选择原则。     

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。     

基于有限元建模的敞车轻量化设计

以C76运煤敞车为原型,通过理论模态计算和试验模态分析,研究运煤敞车结构在整备状态下的动态特性,给出其空车和重载条件下的各阶模态频率和振型。研究车辆结构简化的原则和约束条件,运用ANSYS软件,建立敞车结构的有限元模型并予以试验校正。对车体结构进行轻量化设计,提出在车体侧墙中部和底部增加加强筋以增强车体主框架结构刚度,并适当降低面板厚度的轻量化设计方案。经对比分析表明,该轻量化方案可降低车体重量约0.77 t,并可有效提高车体结构的静、动态特性。该方案在载重80 t全钢运煤敞车设计中得到运用,并通过了线路测试。     

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。     

铁路货车动力学仿真分析与线路测试结果一致性研究

以窄轨矿石敞车为研究对象,在线路静态扭曲减载试验和线路动力学试验的基础上,从车辆系统固有频率、轮重减载率、车体加速度功率谱密度以及特定线路下弹簧变形量等方面对仿真分析和试验数据进行了比较分析。在此基础上,对仿真模型进行了修正和验证,并对仿真分析结果与测试数据之间的偏差因素进行了分析。     

大秦线运煤敞车车体情况调查及分析

针对我国铁路运煤敞车现状,以大秦线在用各种类型运煤敞车为试点,开展运煤敞车车体情况调查及分析,重点调查分析了铝合金、耐候钢和铁素体不锈钢材料车体的腐蚀、磨损情况,保护涂料现状,异种材料焊接部位的裂纹、腐蚀情况,材料的疲劳寿命和表面涂装问题,得出分析结论:目前使用的耐候钢材料其耐腐蚀性能不能满足车辆设计寿命的要求,铁素体不锈钢在耐腐蚀性能上明显优于耐候钢。建议对TCS不锈钢材料进行运用条件下的大气暴晒试验,C70B车体外表面油漆使用新的长效防护涂装体系,对有裂纹的车辆进行解剖、研究,以确定裂纹产生的原因、扩展方式和速度。     

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。     

基于敞车车体静强度分析AAR规范与TB/T 1335-1996标准的差异

利用ANSYS有限元分析软件对某敞车车体进行静强度分析,通过分析结果比较AAR规范与我国TB/T1335-1996标准的差异。结合两个标准与敞车车体相关的规定,分别对单个载荷和组合载荷的结果进行详细分析。由对比分析表明,在敞车车体结构强度的评定分析中,TB/T 1335-1996标准比AAR规范更保守,但却体现着我国铁道车辆试验与工艺水平。因此,在现阶段这两个标准仍然可作为我国货车车体结构强度设计与试验的主要依据。     

旁承垂向阻尼力对敞车重车车体侧滚性能的影响

为解决敞车在重车工况下通过AAR标准中特殊激扰线路时车体侧滚超限的问题,利用车辆系统动力学仿真分析软件NUCARS建立了敞车的动力学计算模型,分析了旁承垂向阻尼力对重车车体侧滚角的影响。结果表明,增加旁承垂向减振功能,能有效抑制车体侧滚角,且对车体垂向振动加速度无不利影响。     

敞车在翻车机工况下的模态计算与试验

Ｃ６２Ａ型敞车是我国主型运煤敞车，为了研究该车型与翻车机两者之间的合理性，建立了Ｃ６２Ａ型敞车车体有限元计算模型并进行了动力计算，在此基础上对该车体结构在符合翻车机约束条件下运动了模态试验，并根据试验值对有限元模型做修正。对修正后的有限元模型再计算，得到在承载工况条件下车体系统的固有特性，并以此为据提出翻车机激振器技术参数的控制范围。     

基于ⅡW标准的C_(80)型敞车上心盘座疲劳失效研究及改进验证

针对C80型敞车上心盘座疲劳失效问题,基于IIW标准及Palmgren-Miner累积损伤法则,对C80型敞车动应力测试数据进行了计算分析。计算结果表明,引起疲劳损伤的主要原因是段焊的焊缝端头存在着局部应力集中,且在多轴交变载荷的相互作用下,进一步加速了裂纹扩展,这与实际运用情况比较接近。为此,提出了上心盘座改进方案,并按照等损伤原理进行了疲劳试验。试验结果表明,上心盘座改进方案可以满足实际运用要求。     

C64K型敞车车体检修工艺的有效性分析和研究

结合C64K型敞车新造和检修后车体静强度计算结果,对现有敞车车体挖补、截换和补强等工艺的有效性进行了分析和研究,指出了目前敞车车体检修中存在的不足,并提出了改进建议。     

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。     

基于Motion TWR与Virtual Lab Motion的C70E型敞车载荷迭代分析

以C70E型敞车为例,论述了采用Virtual Lab Motion进行多体动力学建模,并利用Motion TWR与Virtual Lab Motion在软件环境下根据车体上的响应数据迭代出虚拟路谱的过程,并对该过程所得到的数据进行了虚拟验证。该方法可以在今后的分析中把虚拟路谱加载在概念车体模型上,得到关心部件的动载荷,为以后新设计车型在设计阶段进行抗疲劳分析提供了一条新的途径,也使虚拟线路试验成为可能。     

新型108t通用敞车车体结构强度分析

108 t通用敞车是一种新型重载车辆,用大型通用有限元软件ANASYS对108t通用敞车车体进行了静强度分析。计算结果表明,108 t通用敞车车体的强度和刚度达到了设计要求,符合标准规定。     

基于AAR标准的出口铁矿石敞车车体强度分析

介绍了出口铁矿石敞车的结构及特点,根据AAR M 1001—2007规定的计算载荷工况,利用ANSYS软件进行了车体结构强度分析。计算结果表明,出口铁矿石敞车车体结构强度满足AAR货车车体设计标准的静强度要求。     

C_(80)型敞车车体模态试验及仿真研究

在铁路货车疲劳与振动试验台上对C_(80)型敞车进行了模态试验,并根据试验结果修正了C_(80)型敞车模型及边界条件,提出了C_(80)型敞车重车模型简化方法,为装载散粒货物敞车的重车模态计算提供了一种有效的简化方法。     

C64型敞车车体优化计算分析

阐述了Ｃ６４型敞车建立的优化计算模型，以车体自重为目标函数，强度，刚度为约束条件，结构板板厚度作为设计变量，进行了有限元分析和优化计算，得出了Ｃ６４型敞车车体钢结构减重方案，为车本轻量化设计提供了依据。