减振轨道形式对地铁曲线上钢轨磨耗影响的仿真

针对地铁线路普遍存在的钢轨磨耗现象,运用Simpack数值模拟虚拟样机技术和有限元软件Abaqus,建立地铁车辆轨道耦合动力学模型,针对车辆行驶于4种减振轨道曲线线路时,对轮轨磨耗、减振器扣件地段加密措施、梯形轨枕枕下刚度和参振质量调整措施进行了仿真模拟计算分析．结果表明：对于抑制钢轨波磨,板下减振和枕下减振方式在小曲线半径曲线地段使用效果要优于既有刚度和间距条件下的减振器扣件和Vanguard扣件;对于抑制钢轨侧磨,板下减振和枕下减振方式的效果也相对较好;减振器扣件间距加密措施、梯形轨枕枕下刚度及参振质量的增加,对减磨有一定作用．     

地铁弹性扣件失效对轨道结构振动特性的影响

运用基于车辆单元与轨道单元的车辆-轨道系统振动分析数值方法,研究地铁弹性扣件失效对轨道结构振动特性的影响。研究结果表明,列车通过弹性扣件失效轨道时,轮轨间相互作用增大,各动力学指标值成倍增长,且随着扣件失效数量增加,动力响应增幅明显;失效扣件临近轨道结构的支承反力急剧增大,加速了线路几何形位的恶化。此外,地铁弹性扣件刚度低、橡胶垫层易老化,随着行车密度的提高,扣件失效产生的动力影响更加显著。     

复合材料粘接结构强度与环境耐久性综述

为深化对复合材料粘接结构环境耐久性的研究,从胶粘剂基础研究和面向工程的粘接结构应用研究两方面综述了国内外研究现状,探讨了粘接结构老化、疲劳及其耦合作用对强度的影响,总结了单因素和多因素耦合作用下的老化机理,根据基础研究归纳了粘接结构强度预测方法和疲劳寿命预测方法,并对未来研究重点及方向进行展望。分析结果表明:温度和湿度对粘接结构力学性能影响最为显著,多因素耦合作用下的老化更具破坏性,随温度产生的固化收缩、热膨胀系数的差异以及随湿度产生的水解和增塑作用均会使粘接剂老化,且载荷能够加速吸湿对粘接界面造成损伤,从而引发结构过早失效;老化与疲劳之间存在双向耦合作用,随时间变化的交变载荷不仅会影响粘接结构的疲劳寿命,同时还会加速粘接结构老化,而粘接结构在长期服役过程中的老化又会降低结构的疲劳性能;目前尚缺乏对湿热环境与交变载荷耦合作用下老化机理的深入研究,工程应用中的内聚力模型对延展性胶粘剂和厚胶层的预测效果欠佳,应进一步提高内聚力模型在复杂应力状态下的使用精度;损伤力学模型应考虑车辆实际服役工况并加入湿热耦合因素影响以提高使用精度;粘接结构疲劳寿命预测大多基于半经验模型,且对接头疲劳行为的预测局限于特定环境条件;随着粘接技术的进一步发展,对复杂应力状态下粘接结构服役性能的有效评估与建立准静态、疲劳和环境退化综合影响的渐进损伤模型将是未来研究的重点。      

基于验证模型的枕梁疲劳寿命预测虚拟实验

为了研究地铁车辆枕梁服役安全性问题,考虑到大量疲劳实验耗时长且成本高,利用虚拟实验方法对枕梁结构疲劳寿命进行评估,根据EN12663-1标准设计枕梁静力实验,获得枕梁表面特征点的应力值和位移值;然后对枕梁进行有限元建模并仿真,对比静力实验结果,调整后获得与枕梁实际结构相符的有限元模型;最后利用Monte Carlo方法,进行地铁车辆枕梁在恒幅载荷与变幅载荷作用下的虚拟疲劳实验. 研究结果表明:在标准规定的恒幅载荷作用下,该地铁车辆枕梁寿命大于1 000万次载荷循环的可靠度约为0.73;在变幅载荷作用下,寿命大于1 000万次载荷作用的可靠度约为0.81;因此,该地铁车辆枕梁完全满足设计与使用要求.      

地铁隧道橡胶浮置板轨道纵向连接理论研究

建立了地铁列车-橡胶浮置板轨道-隧道耦合动力学模型,用MATLAB编制了相应的耦合动力仿真程序,并用ANSYS软件对耦合动力仿真程序计算结果进行了验证.运用耦合动力仿真程序,以地铁B型列车以80 km· h-1分别运行在地铁隧道3种浮置板长度、5种橡胶刚度的橡胶浮置板线路上为例,计算了橡胶浮置板纵向连接方式对耦合系统动力特性的影响.计算结果表明:浮置板纵向铰接对车辆各部件动力特性、最大轮轨力、钢轨动力特性、橡胶垫动力特性、隧道动力特性影响较小,影响在10％以内.浮置板纵向铰接后,浮置板振动加速度有较大幅度的降低,但浮置板最大正弯曲应力有一定幅度的增加.当浮置板较长并且橡胶减振垫刚度较低时,浮置板纵向铰接后,2块相邻浮置板连接处扣件最大拉力有较大幅度的降低,降低幅度可超过80％.浮置板长度为1.25 m时,浮置板轨道不需要纵连铰接;浮置板长度为5.00 m时,橡胶减振垫刚度小于0.01 N· mm-3,浮置板轨道需要纵连铰接;浮置板长度为31.25 m时,橡胶减振垫刚度小于0.02 N·mm-3,浮置板轨道需要纵连铰接.     

提速货车转向架交叉支撑装置寿命的研究

通过动应力测试得到交叉支撑装置疲劳薄弱部位在线路运行中的应力谱，从而识别出提速货车交叉支撑装置在运用工况下的载荷，为其室内疲劳试验加载提供依据．根据疲劳薄弱部位在室内疲劳试验中的应力谱及该部位典型接头的S—N曲线，按照疲劳损伤等效原则建立交叉支撑装置的寿命预测模型，得到了交叉支撑装置实际运用寿命与室内疲劳试验加载循环次数的关系．     

铁道货车转8A侧架可靠性疲劳寿命预测

采用可靠性疲劳寿命预测的方法代替传统的静强度安全因子保证强度裕度的方法,可以比较精确地计算侧架的实际服役寿命,找到疲劳薄弱部位,为侧架的设计提供参考建议.首先通过建立货车的多体系统动力学模型,得到了侧架的载荷-时间历程;采用试验得到的ZG230-450材料疲劳数据,建立了其分段S-N曲线;通过建立了侧架的有限元模型,得到其单位载荷下的应力分布;运用Palmgren-Miner线性损伤理论计算了侧架在不同可靠度下的疲劳寿命,计算结果与试验结果一致.     

惯性载荷作用下结构应力法焊接结构抗疲劳性能研究

基于结构应力法计算了焊缝的等效结构应力和累积损伤比,对这两种焊接形式在惯性载荷作用下的疲劳特性进行了分析.分析了采用名义应力法和等效结构应力法对有限元网格尺寸的敏感性,验证了采用等效结构应力法对网格尺寸不敏感;分析了焊缝类型、承载方向及焊接板厚度对结构疲劳寿命的影响.结果表明,当载荷方向垂直于焊线且垂直板所在平面时,焊缝的寿命最低,且对接焊缝比角焊缝更易发生破坏;在三个方向惯性载荷共同作用下,角焊缝的疲劳寿命要比对接焊缝疲劳寿命长;在保证焊趾两侧刚度协调的前提下,同时增加两个焊接板件厚度可以提高焊缝的疲劳寿命,只增加或者减少一个板件厚度,都会导致焊缝疲劳寿命降低,尤其是角焊缝.     

地铁列车螺栓断裂问题分析及优化

基于某地铁列车一系簧下压盖紧固螺栓断裂问题开展分析及优化,通过仿真、试验、图像及理论分析,研究该处螺栓的载荷特性、断裂失效机理,并研究相关优化解决措施.研究表明:该处螺栓为疲劳断裂,原螺栓预紧力及疲劳强度均不满足要求,是造成螺栓断裂的主要原因;通过对螺栓的载荷特性研究,发现原始结构的一些特征是导致该处螺栓出现较高载荷的主要原因.通过对螺栓型号、预紧力、端盖厚度、调节垫外形等优化手段,使得该处螺栓静强度、预紧力均满足要求,螺栓的疲劳寿命提升至原来的3.5倍以上,基本满足列车服役寿命需求.     

地铁减振工程措施综述

随着城市的发展,地铁将成为城市交通的重要组成部分,这就产生了地铁运营的振动问题。世界各国在地铁中的减振工程措施有一般减振措施和特殊减振措施。对特殊减振要求地段主要采用浮置板式道床、弹性短轨枕式整体道床轨道、框架式轨枕、减振器扣件、D型可更换式弹性轨枕直接轨道、IST等工程措施。针对我国目前的现状,提出了几点建议。     

桥梁缆索钢丝疲劳性能影响因素试验

为研究桥梁缆索钢丝的疲劳与腐蚀疲劳性能，采用不同强度等级新钢丝、服役7年的斜拉桥拉索钢丝和人工加速腐蚀钢丝开展了缆索钢丝疲劳与腐蚀疲劳试验；根据典型疲劳断口宏观形貌特征，探究了缆索钢丝的疲劳断裂机制；采用威布尔分布函数拟合了缆索钢丝的应力-疲劳寿命曲线，对比了不同钢丝应力-疲劳寿命曲线的差异，揭示了强度等级、应力比、腐蚀损伤和腐蚀疲劳损伤4个关键因素对缆索钢丝抗疲劳性能的影响规律，并建议了相应的疲劳强度曲线。试验结果表明：钢丝未发生腐蚀时抗疲劳性能良好，随着强度等级的提高，缆索钢丝的疲劳强度显著增大，对应的疲劳极限也逐渐上升；缆索钢丝的疲劳强度随应力比的增大而显著减小；腐蚀和腐蚀疲劳损伤均会大幅降低缆索钢丝的疲劳强度，腐蚀疲劳损伤对缆索钢丝剩余疲劳寿命的影响大于单一腐蚀损伤；新钢丝的疲劳裂纹起源于表面划痕或材料不均匀处，对于带腐蚀和腐蚀疲劳损伤的钢丝，蚀坑处存在显著的应力集中，疲劳裂纹源形成于钢丝表面蚀坑处，多源裂纹萌生与裂纹不规则扩展的几率增大；桥梁缆索抗疲劳设计与安全评估时应综合考虑钢丝强度等级、应力比、腐蚀和腐蚀疲劳损伤的影响，试验采用国内桥梁缆索广泛使用的钢丝，得到的疲劳强度可...     

基于频域法的结构疲劳寿命预测方法研究

以Didik方法的雨流循环计数应力范围概率密度函数为依据，考虑长寿命区的S-N曲线，利用不完全Γ函数建立了一种宽带随机载荷谱下结构疲劳寿命计算的解析解法，为用频域法计算结构在宽带随机载荷谱下疲劳寿命提供了一种快捷方法。     

轮轨冲击对构架疲劳的影响

以三轴机车转向架构架为例,建立其轮轨冲击的运动微分方程,通过龙格-库塔积分法得到了轮轨冲击的载荷时间历程,分析了轮轨动态冲击对构架疲劳寿命的影响。利用有限单元法建立了轮对、构架、车体的整体有限元模型,采用瞬态动力学分析得到构架危险点的应力时间历程,结合材料的S-N曲线以及疲劳损伤累积准则,进行了构架的疲劳寿命计算,得到轮轨低接头冲击下构架疲劳寿命。分析结果表明:构架的应力响应并不与轮轨处的激励同时达到最大,且在激励结束后有一较长的响应过程;轮轨冲击对构架的疲劳影响较大,尤其对轴箱弹簧座处的侧梁下盖板的寿命影响最为显著,在25·0m轨长的错牙接头作用下,其疲劳寿命为5·15×106km。     

针对地铁车辆轴箱轴承寿命的二维计算方法

地铁车辆的载荷线路工况复杂多变,而传统轴箱轴承计算方法在计算轴承寿命时仅以定值载荷描述车辆的载荷工况,采用单一的冲击载荷系数修正车辆运行线路工况对轴承寿命的影响,无法反映出轴承使用工况的复杂性,导致计算出的轴承寿命与实际偏差较大。为此,提出了基于车辆载荷工况和线路工况的二维寿命计算方法,将轴承寿命表达为载荷和线路工况及其相应概率的函数,从而确保所得的轴承寿命值与实际值更加接近。根据某地铁线路实际运行工况,利用二维寿命计算方法计算出轴承疲劳寿命为1.596 Mkm,而相比采用传统轴承寿命计算方法计算出轴承疲劳寿命为3.652 Mkm,前者比后者下降了56.3%。     

厂拌热再生沥青混合料疲劳性能的影响因素研究

为了探究厂拌热再生沥青混合料的疲劳破坏机理,通过试验研究了RAP比例、应力比、温度和老化等因素对热再生沥青混合料疲劳寿命的影响。试验结果表明当RAP质量分数由0％增大到30％和45％时,疲劳寿命分别降低了14．3％和52．9％,RAP质量分数不应大于30％;相同条件下,应力比越大,温度越高,热再生沥青混合料的疲劳寿命越低,耐疲劳性能越差。当RAP质量分数为30％时,相比于老化前,老化后热再生沥青混合料的疲劳寿命降低了3735次,表明老化后热再生沥青混合料的耐疲劳性能大幅下降。     

基于实测载荷谱的ATP天线梁随机振动疲劳分析

为提高某地铁转向架ATP天线梁结构疲劳寿命,对天线梁结构进行随机振动疲劳分析.依据某地铁天线梁的动应力测试数据,并结合部件焊接接头的S-N曲线,研究天线梁结构的疲劳寿命;建立天线梁结构的有限元分析模型,并在实测载荷谱作用下,对天线梁结构进行随机振动分析与疲劳寿命预测,分析结果表明:天线梁疲劳薄弱部位与基于在线动应力测试的结果一致,不满足设计要求;依据随机振动疲劳分析优化的新型天线梁结构经过线路测试与分析,其结构满足350万公里的运营要求.     

不同级配橡胶沥青混合料疲劳性能研究

为了探究不同条件下橡胶沥青混合料的疲劳性能,选取AC-13和SMA-13两种级配,在不同条件下进行试验,研究了应力水平和加载速率对两种橡胶沥青混合料疲劳寿命的影响,并分别研究了老化时间对AC-13混合料的疲劳寿命和纤维掺量对SMA-13混合料疲劳寿命的影响。试验结果表明,应力比越大,疲劳寿命越低,应力比为0.5是疲劳寿命大幅改变的分界点;随着加载速率的增大,疲劳寿命逐渐增大最后趋于稳定;老化使AC-13混合料的疲劳寿命降低,但前期老化对疲劳寿命影响程度不大,而后期老化使疲劳寿命大幅降低;各应力比下,随着纤维掺量的增多,SMA-13混合料的疲劳寿命都出现先增大后减小的趋势,当掺量为0.4%时疲劳寿命最大。     

高速动力车轴应力谱分析及疲劳寿命可靠性预测

结合车辆系统在随机轨道谱激励下的动力响应与疲劳强度理论,以"中华之星"高速动力车轴为例,建立了动车系统的非线性动力学模型,仿真车辆在典型线路上的运行特性,获取作用于轮轴上的随机载荷谱。引入车轴材料的非线性本构关系,进行轮轴的有限元分析,得到车轴关键部位的应力时间历程,对其进行统计分析后得到各危险点的应力谱。在此基础上,运用局部应力应变法和累积损伤理论进行了车轴疲劳寿命估算和可靠性分析,得到不同可靠度下的疲劳寿命。当可靠度为0.9时,其疲劳寿命为16年。     

轨下连续支承纵向轨枕轨道计算分析

目前工程实践采用的纵向轨枕结构轨下垫和纵向轨枕枕下减振垫的布置模式,一般为2-1-2-1布置(每布置2个扣件布置1个枕下垫)即轨下点支承纵向轨枕轨道模式,文章基于现有的纵向轨枕模型提出设想,设计运用一种新型橡胶减振垫用于填补在钢轨下部,使得钢轨与橡胶减振垫接触并以此分散作用于钢轨上的轮轨力,从而达到减振的效果,建立两种不同的纵向轨枕结构形式的力学简化模型,借助于有限元理论编制程序,对轨下连续支承纵向轨枕轨道和点支撑纵向轨枕轨道进行钢轨和轨枕的受力以及位移大小进行比较,得出纵向轨枕连续支承轨道结构在分散钢轨力和减小钢轨位移具有一定的效果。     

转K6型转向架变刚度弹簧组的疲劳寿命分析

对转K6型变刚度弹簧组的疲劳强度进行了理论分析,利用名义应力法对疲劳寿命进行了估算,利用考虑实际重车载荷下的“当量挠度法”对疲劳强度进行了校核,同时进行疲劳试验对理论分析进行了验证.