基于精细算法的焊接结构疲劳寿命预测方法研究

针对现有随机振动疲劳分析方法的局限性,在随机振动精细分析方法的基础上引入等效结构应力新方法来研究随机振动疲劳寿命问题.以随机振动的虚拟激励法结合分体耦合式振型分解法为基础的求解方法大幅提高了随机振动分析的计算效率,不必将计算模型大幅简化,保证了有限元模型的完整性.等效结构应力疲劳评估新方法是一种相对准确的计算焊接结构焊缝处疲劳寿命的方法,可有效解决现有分析方法的不足.通过建立某平车包括走行部结构在内的车辆整体结构动力学精细有限元模型,以轨道不平顺谱作为输入激励载荷进行随机振动计算,结合主S-N疲劳曲线法完成疲劳寿命评估,以工程实例证明该方法的可行性.     

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.     

车辆振动系统结构疲劳寿命预测方法及应用

将机车车辆系统动力学理论与疲劳强度理论相结合，给出了机车车辆振动系统在线路随机激励下，进行结构可靠性疲劳寿命研究的一种通用方法，为新型车辆和高速列车结构疲劳寿命预测和可靠性疲劳设计提高了一种新的方法和途径，文中运用该方法对现有转８Ａ货车转向架摇枕进行了实际计算。     

基于名义应力法的动车组车体净水箱吊装部件疲劳强度分析

针对高速运行动车组车体悬挂设备振动疲劳损伤问题,以某型动车组车顶净水箱吊装结构为研究对象,采用名义应力法对吊装结构的焊缝部位进行疲劳强度评估.根据EN 12663标准确定净水箱的工作载荷工况,采用有限元法计算了各工况下结构的振动响应,并基于BS标准计算了焊缝疲劳评估点的寿命.假定各载荷工况出现频率相同的情况下,构造了工作载荷历程,采用Fe-safe软件对焊缝的疲劳寿命进行了仿真分析.两种方法分析结果均表明:焊缝1与焊缝2寿命最低,是结构最易发生疲劳破坏的位置;焊缝位于筋板表面的焊趾寿命低于位于主支撑板表面的焊趾寿命.     

轨道车辆底架吊装接线箱随机振动疲劳及瞬态冲击性能研究

基于BS EN 61373:2010标准对轨道车辆底架吊装接线箱进行随机振动疲劳寿命以及冲击强度分析.首先利用ANSYS对接线箱进行PSD随机振动计算,结合迈纳尔(Miner)累积损伤理论以及Stein-berg提出的高斯三区间法,对接线箱随机振动疲劳寿命进行评估.然后通过ANSYS对接线箱进行瞬态动力学分析,验证其冲击强度能够满足设计需求.并探讨了Rayleigh阻尼系数对接线箱冲击特性的影响,为以后轨道车辆底架吊装结构冲击强度分析提供了参考.     

基于子模型技术的转向架焊接构架疲劳评估

为提高高速动车组焊接构架复杂区域的有限元分析结果精度,降低求解规模和分析时间,利用子模型技术进行了焊接构架的疲劳评估.以某型动车组动力转向架焊接构架为研究对象,依据UIC 615-4和EN 13749标准中的载荷施加要求,采用有限元软件ABAQUS进行了运营工况不同载荷组合下的强度分析,并进行了焊缝处的疲劳强度分析,确定了焊接构架的疲劳薄弱区域.在此基础上,运用子模型技术将应力幅值最大的转臂定位座与下盖板角焊缝区域从构架整体中分离出来进行构架的疲劳评估,采用热点应力法得到该处的疲劳寿命为3.6×10~6次,满足IIW标准规定的2×10~6次,分析结果表明该构架疲劳寿命满足设计要求.     

基于不同焊缝结构的单轨车辆转向架构架疲劳分析

针对考虑转向架板件之间焊缝对其力学性能的影响,提高仿真分析结果的准确性和有效性,对基于焊缝结构的转向架构架进行了静强度分析,并采用准静态应力分析法对转向架构架进行疲劳强度分析以及疲劳损伤评估,研究了电机箱处不同焊缝结构形式对构架疲劳寿命的影响.研究结果表明:HV型T型焊缝较单面角T型焊缝而言,电机箱焊缝处的疲劳寿命提高了69.6％,能够有效提高转向架构架整体疲劳强度.     

4D轴货车焊接构架的疲劳强度分析方法

以某货车厂研制的新型4D轴货车焊接整体构架为研究对象,在ANSYS9.0有限元软件中建立完整的构架三维模型,根据UIC510-3规程,分析计算构架的应力分布情况、评估其疲劳强度,得出疲劳薄弱区.采用子模型技术,对疲劳薄弱区的焊接细节结构进行热点应力分析,进一步评价构架的疲劳强度.通过动应力实测编制疲劳薄弱区的应力谱,由S-N曲线和Miner累积损伤法则,预测构架的疲劳寿命.     

滤波电抗器支架结构冲击与随机振动疲劳分析

根据对滤波电抗器支架结构的设计是否满足IEC 61373-2010标准的冲击强度与模拟长寿命随机振动疲劳试验的要求,以及确定该支架结构的焊接质量等级的选取等问题.提出了数值模拟试验技术.首先利用瞬态动力学分析的方法计算该结构的冲击强度,然后利用随机振动的方法获得了标准随机载荷谱作用下结构的疲劳寿命,最后参考EN15085-3标准利用概率统计的方法确定了焊缝的质量要求.     

铁道车辆天线梁的随机振动疲劳评估

引发天线梁破坏的主要原因是受到经构架端部传递的随机振动激扰.为考察天线梁在随机激扰下的疲劳可靠性,首先将结构动力学、随机振动和材料疲劳理论进行结合,研究了随机振动疲劳分析方法,在此基础上,依据标准IEC 61373,采用有限元软件ANSYS Workbench对天线梁进行随机振动仿真,最后采用Steinberg法对其应力较严重部位进行疲劳损伤评估.经分析,得到天线梁的总体损伤为0.56,满足Miner线性累计损伤准则,表明天线梁的疲劳设计符合标准的相关要求.     

高速动车组受电弓上臂横梁部件抗疲劳性能

通过动力特性试验分析了两种设计方案受电弓上臂横梁部件的抗疲劳性能.在动车组时速350km/h的情况下,测试了受电弓上臂横梁部件关键部位的动应力.对各个测点的应力时间历程进行统计,得到了相应的均值、方差、最大值和最小值.对比两种方案的动应力统计特征值表明,方案二上臂横梁的结构强度特性优于方案一.采用雨流计数法编制了各测点的八级应力谱,并采用Goodman公式进行了对称化修正.结合铝合金材料的S-N曲线,采用Miner线性累积损伤理论预测了两种横梁部件的疲劳寿命.对比结果表明,方案二受电弓横梁部件的疲劳寿命明显提高.     

车辆转向架承载构件疲劳强度评估及寿命预测方法研究

本文对车辆转向架主要承载构件的疲劳强度评估和寿命预测方法进行了系统研究。针对焊接结构和铸钢结构的不同疲劳特点采用了两种不同的评估方法。对焊接结构主要借鉴《ＥＣＣＳ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ Ｆｏｒ ｔｈｅ Ｆａｔｉｇｕｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ》进行疲劳评估研究，对铸钢结构则采用局部应力应变法和断裂力学法以估算寿命值来评估其疲劳强度。文中对上述方法的主要原理及在     

吊装设备振动冲击下的铝合金车体C型槽疲劳强度分析

针对吊装设备振动冲击下的车体承载结构疲劳损伤问题,采用有限元法对某型动车组车顶净水箱吊装设备振动冲击下的车体C型槽疲劳强度进行仿真分析.根据EN 12663标准确定净水箱的工作载荷工况,计算出吊装组件连接螺栓承载力,作为C型槽疲劳强度计算载荷.假定各载荷工况出现频率相同的情况下,构造了工作载荷历程.采用有限元法分析了C型槽在工作载荷下的静强度与疲劳强度.计算结果表明:振动冲击下,C型槽最大值应力值为13.8 MPa,远小于材料的屈服强度,表明在正常运行工况下C型槽不会出现塑性破坏;在1.0×107设计寿命下,结构最小安全系数为13.625,表明在指定的设计寿命内C型槽不会发生疲劳破坏.     

基于临界域法的桥梁钢丝腐蚀疲劳寿命

为评估桥梁钢丝服役期间的腐蚀疲劳性能,采用临界域法,根据钢丝腐蚀坑局部应力梯度求解临界距离.采用精细有限元法,建立了钢丝腐蚀疲劳寿命预测模型;通过圆形、三角形和含切口的三角形3种形状腐蚀坑钢丝的疲劳试验,获得了它们的疲劳寿命,并与疲劳寿命的预测结果进行比较.研究结果表明:轴向应力分布决定钢丝的疲劳强度;临界距离随应力集中效应增强而减小;腐蚀钢丝的剩余寿命可根据应力集中系数评估,应力集中系数大于3的腐蚀钢丝应考虑更换.      

无粘结预应力CFRP板加固受损钢梁疲劳试验研究

老旧钢桥在长期运营过程中容易疲劳开裂,严重影响桥梁结构安全,为改善受损钢梁构件的疲劳性能,采用大比例疲劳模型试验对无粘结预应力碳纤维增强复合材料（CFRP）板加固受损钢梁进行研究,基于Paris公式提出疲劳强度-寿命（S-N）曲线的确定方法,并分析不同预应力水平对受损钢梁寿命影响. 对不同预应力水平CFRP板加固的双缺口受损钢梁在循环荷载下进行疲劳试验,结果表明:施加预应力可降低裂纹扩展速率和受损钢梁残余挠度超过40%,最少可延长受损钢梁的疲劳寿命3倍;最高预应力水平所加固的受损钢梁,其疲劳寿命最少提高了8倍,且预应力CFRP板加固后缺口钢梁疲劳强度等级由51 MPa提高到75 MPa. 理论预测结果与试验结果符合较好,可作为推荐方法.      

含裂纹结构剩余疲劳寿命循环J积分工程评估方法

以弹塑性断裂理论为基础,利用EPR I工程方法计算ΔJ,拟合出16Mn钢的疲劳裂纹扩展率公式,并推导出含裂纹结构剩余疲劳寿命评估的循环J积分工程计算公式,为含裂纹结构在塑性应变条件下剩余疲劳寿命评估提供一种计算方法。     

滑板磨耗对受电弓系统服役性能的影响研究

为了实现滑板磨耗形面的描述和它对受电弓服役性能影响的评估,研究了滑板磨耗对弓网系统动力学性能、受电弓抗疲劳性能的影响.首先,通过对比分析大量受电弓滑板实测形面数据,提出以二次函数描述滑板磨耗形面,给出形面形状参数和磨耗深度参数两个特征量,并获得了特征量随运行时间的变化规律;其次,采用模态叠加法建立了考虑滑板形面的弓网耦合动力学模型,探讨滑板磨耗对弓网动态受流性能的影响;最后,根据滑板磨耗形面具有明显的时变性的特点,建立了考虑参数时变的受电弓疲劳寿命预测模型,实现滑板磨耗形面对受电弓抗疲劳性能的影响分析.研究结果表明:滑板形面磨耗增强了弓网系统的跨距周期性,导致该特征主频的幅值增加,且滑板形面的形状参数绝对值越大,弓网动态性能越差;考虑滑板形面磨耗后,受电弓框架部件的预测疲劳寿命缩短,缩短量约为30%~40%,且越处于上端的结构影响越大.     

基于可靠性技术的材料疲劳极限快速试验方法

利用疲劳破坏的基本特性而建立起来的疲劳强度频率分布与疲劳寿命频率分布之间的数学关系式，探讨一种快速确定机械工程材料疲劳强度极限分布的寿命试验方法。     

基于谱载荷的高速列车转向架的疲劳强度

为了有效地预测高速列车转向架构架的疲劳强度或寿命,提出了一种基于试验谱载荷的疲劳强度预测方法.这种方法是用雨流计数法对UIC515-4和UIC615-4规定的构架疲劳强度试验载荷和载荷循环次数进行分级,用有限元法确定构架在每级载荷作用下的应力分布,将多轴应力转化为单轴应力,根据Palmgren-Miner线性累积损伤准则计算构架的等效应力,利用S-N疲劳曲线预测构架的疲劳强度或寿命.算例表明,采用该预测方法计算的高速列车转向架构架的疲劳强度与现有文献的结果一致.     

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.