铁路罐车端部支座联接螺栓及车体接触非线性分析

在铁路罐车的运行过程中,为保证罐体的稳定状况,需要对封头端部支座与底架联接的螺栓施加合理的预紧力.利用有限元仿真方法计算得出铝合金支座与底架铁地板结合面的摩擦力大小,根据机械设计中螺栓组受横向载荷的情况,对封头支座螺栓拧紧力矩进行计算与螺栓校核.通过TB/T1335-1996标准对整车进行3种工况的接触非线性有限元分析,考核封头支座处螺栓及车体的强度,得出车体各部件静强度满足设计要求.     

基于子模型方法的地铁车体疲劳寿命评估

车体是地铁车辆的重要承载部件,针对全尺寸车体疲劳试验综合难度高的问题,基于端部底架子模型包含了牵枕缓等在车体中受力最严苛结构的特点,提出采用端部底架子模型代替全尺寸车体进行疲劳试验的方法;建立了端部底架子模型和全尺寸车体的有限元模型,并参照EN 12663标准所确定的疲劳载荷,通过设置合理的边界条件使得端部底架子模型与全尺寸车体关键位置应力分布一致;将试验测得端部底架关键位置的应力与仿真结果进行对比,验证了有限元模型的准确性,进而采用名义应力法和Eurocode 9标准规定的疲劳寿命-应力（S-N）曲线对车体和底架焊缝部位进行了疲劳损伤计算. 结果表明:端部底架3个最大损伤位置与全尺寸车体一致,并且同一位置处端部底架的损伤值均大于车体损伤值,因此采用子模型法评估全尺寸车体的疲劳寿命易于获得相对保守的结果,针对地铁车体采用子模型法进行疲劳寿命评估是可行的.      

考虑支座摩阻的半漂浮体系斜拉桥模型修正

针对在未考虑支座摩阻的情况下,某半漂浮体系斜拉桥有限元模型计算应变和位移结果与荷载试验实测结果存在偏差的情况,以现场试验结果为依据,采用双折线模型和工程上常规的直接加支座摩阻力的方式模拟支座摩阻效应,对模型进行修正。研究结果表明:考虑支座摩阻后,应变和挠度校验系数分别提高15%和23%,并修正原模型中出现的计算位移方向与实测方向相反的问题;双折线模型比直接加支座摩阻力的方式能更准确地模拟支座的实际工作状态;以双折线模型为基础,当支座摩擦系数取0.05、支座屈服位移取2.5mm时,修正模型计算结果与实测结果最接近。提出的双折线模型中的支座摩擦系数和支座屈服位移参数取值建议可为同类桥梁工程应用提供参考。     

疲劳失效的连续损伤力学估算方法

在连续损伤概念的基础上给出了疲劳失效寿命估算的一种工程实用方法，该方法可以计算多级疲劳载荷谱作用下的疲劳寿命，也可以用于估算不同温度和应变速率作用下的疲劳寿命，计算结果与实验数据的比较表明，该方法是切实可行的。     

高速列车齿轮箱应力响应与疲劳损伤评估

进行了高速列车线路试验, 研究了GPS信号与齿轮箱结构的受力特点, 获取了扭矩载荷和振动载荷作用下齿轮箱的应力时间历程曲线, 分析了在扭矩载荷、振动载荷作用下齿轮箱的应力响应特性, 并编制了应力谱, 利用疲劳损伤影响参数来反映扭矩载荷和振动载荷对齿轮箱疲劳损伤的影响程度。研究结果表明: 在扭矩载荷作用下, 列车牵引与制动的交替变化会使齿轮箱产生较大的应力响应, 最大应力幅值为25.80MPa; 在制动工况下, 齿轮箱应力呈阶梯形变化; 列车低速运行时齿轮箱吊杆座端部的高应力幅值频次大于高速阶段, 结构疲劳损伤影响参数由0.20减小到0.08, 减小了60.0%。在振动载荷作用下, 列车运行速度由350km·h-1减小到200km·h-1时, 齿轮箱吊杆座端部的应力响应强度由2.08MPa减小到0.97MPa, 降低了53.4%;在同一速度等级下, 列车头部齿轮箱的应力幅值低于列车尾部; 列车由牵引状态转变为惰性运行时, 齿轮箱的应力响应强度由3.4MPa减小到1.0MPa, 降低了70.6%;列车由低速运行转为高速运行时, 齿轮箱端部疲劳损伤影响参数由0.009增大到0.260, 增大了27.9倍。      

焊接转向架结构可靠性疲劳寿命预估方法研究

本文以２０９型焊接转向架构架为研究对象，根据概率统计理论及及疲劳损伤原理，建立了结构在随机载荷谱作用下可靠性疲劳寿命的计算方法，利用实测整理的程序载荷谱和焊接接头疲劳试验数据，对该构架进行了实例计算，并将恒幅载荷下的计算结果进行了试验验证。     

加速工况下铝合金高速动车组车体服役性能评估

根据EN12663标准中的疲劳载荷要求和车辆运行时启动,匀速运行,制动和出入库的在线实测加速度载荷谱,通过车体的实测应变信息,反求获得车体在线路上运行时的真实载荷谱.结合材料、结构疲劳试验以及无损探伤检测,利用主S-N曲线法疲劳寿命评估平台结合迈纳尔损伤累计法则对车体系统残余寿命和服役性能进行了评估.通过数据分析得危险焊缝部件的设计寿命和抗疲劳性能可满足车体使用30年的标准要求,并验证主S-N曲线进行动车组车体焊接接头疲劳寿命评估方法的可靠性和准确性.     

基于实测应变的江阴长江大桥钢桥面板疲劳寿命评估

基于实测应变,对江阴长江大桥正交异性钢桥面板构造细部疲劳寿命评估进行研究。利用实桥布设的应变传感器获取应变时程数据,处理成应力时程数据后,结合雨流计数法技术,得到"日应力谱"和"标准日应力谱"。利用标准日应力谱数据和相关疲劳规范,研究江阴长江大桥钢箱梁的疲劳寿命等问题。实桥实测数据分析表明,日应力谱和标准日应力谱分布具有相似规律。应变传感器记录的数据量很大,计算机常常由于硬件限制无法对长时间段的数据进行处理。研究表明,在计算实桥钢桥面板构造细节疲劳寿命时,利用"标准日应力谱"方法可较好地解决此问题。     

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.     

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。     

中小运量跨座式单轨车体疲劳寿命预测

针对中小运量跨座式单轨车辆头车车体受到循环动态载荷作用时在局部应力集中部位产生损伤并逐步积累,最终导致裂纹或者断裂的疲劳失效现象,通过有限元理论与疲劳分析理论结合对车体进行了疲劳寿命预测。分别将Simpack仿真分析获取的载荷时间历程和试验获取的载荷时间历程作为车体疲劳激励,选用修正后的车体构件S-N曲线,利用nCode Design-Life对车体进行了疲劳寿命预测。基于仿真载荷时间历程和基于试验载荷时间历程的疲劳寿命分别为68.19、71.58a,两种疲劳寿命分析结果均大于使用寿命年限30a。     

摩托车疲劳试验台载荷谱编制

介绍了应用于摩托车疲劳试验台载荷谱编制的主要方法,比较了现行的国内外在整车和试件方面进行疲劳载荷试验的方法,针对国产摩托车疲劳试验台及其路面谱编制方法进行了研究与探索,在原始数据预处理、畸点消除、载荷信号压缩方面提出了新的处理方式:采用突峰因子法消除失真信号,根据实际在压缩载荷时提出了自己的门槛值设定值,所编制的载荷谱得到了厂家的认可并已经应用于疲劳试验台中.     

基于模态频率响应分析的半挂车车架的疲劳寿命计算

采用模态频率响应的方法进行半挂车车架疲劳寿命预测。在Msc.Patran中对车架进行模态频率响应分析;在ADAMS/Car中建立整车多体动力学模型,采用D级路面,对其进行仿真分析,从而获得车架各连接点的载荷时间历程,并将动态载荷转换成功率谱密度。结合动态载荷分析与有限元分析结果,基于Dirlik方法分析得到车架疲劳寿命和最危险点的寿命值。计算结果证明了基于模态频率响应分析的疲劳分析方法能够快捷、有效地预测随机动态载荷下的半挂车车架的疲劳寿命。     

基于刚度等效模型的减重孔板结构快速分析方法

为了能够更有效率地对减重孔板结构进行计算分析, 提出一种快速分析方法; 研究了减重孔板结构模型与平面板结构模型间的一般刚度等效关系, 建立了减重孔板孔径、孔距与相应平面板等效杨氏模量、等效板厚间的关系表达式, 以等效平面板结构模型代替原孔板结构模型进行变形分析; 将局部节点位移施加到相应目标孔位模型上, 计算了目标孔位区域的应力分布; 结合试验与仿真验证了方法的准确性; 通过对某实际减重孔板结构施加不同载荷, 对刚度等效关系的稳定性进行了验证; 通过某车体底架带孔板结构实例, 对方法应用于实际工程中的有效性进行了验证。分析结果表明: 与试验结果相比, 快速分析方法仿真变形最大误差约为3%, 应变的最大误差约为5%;不同载荷下的等效杨氏模量偏差约为2.5%, 等效板厚的偏差约为1.3%;快速分析方法对变形与局部应力的平均计算误差小于6.7%, 计算时间缩短了约50%。可见, 快速分析方法可以替代传统方法对减重孔板结构进行性能分析。      

基于等效结构应力的不锈钢车体点焊接头疲劳寿命预测

采用等效结构应力法研究不锈钢车体点焊接头疲劳寿命.首先,在研究点焊接头的失效模式、结构应力计算方法的基础上,归纳总结了基于等效结构应力法进行点焊接头疲劳寿命预测的技术路线;其次,建立某不锈钢车体包括点焊接头在内的有限元模型,依据EN12663-1∶2010标准中提供的车体疲劳载荷谱,分析了主横梁与底架边梁区域的点焊接头结构应力分布规律,并对这些焊点进行了寿命预测;最后,采用改变焊点数量和布置及增加板厚的方式,使点焊接头疲劳寿命提高了3.87E+06.     

机翼结构件的疲劳测试

在交变载荷作用下,在机翼腹板结构件表面粘贴应变花,实时监测疲劳试验时试件的应力应变状况,采用X射线确定了疲劳破坏后的试件表面和内部裂纹的大小与位置,分析了结构件结构损伤的部位和损伤程度,预测了结构件的裂纹扩展寿命。测试结果表明:在40kN正弦交变压缩载荷作用下,试件的疲劳寿命约为100万次,符合疲劳寿命分布预期1万～100万次;疲劳试验测得的应力与理论计算结果有相近的变化趋势,误差约为10%;高锁螺栓和薄板断裂破坏是该处过大的载荷和绕x轴的弯矩共同导致的;估算的疲劳裂纹扩展寿命为10 183次。     

摩托车疲劳试验台载荷谱编制

介绍了应用于摩托车疲劳试验台载荷谱编制的主要方法，比较了现行的国内外在整车和试件方面进行疲劳载荷试验的方法，针对国产摩托车疲劳试验台及其路面谱编制方法进行了研究与探索，在原始数据预处理、畸点消除、载荷信号压缩方面提出了新的处理方式：采用突峰因子法消除失真信号，根据实际在压缩载荷时提出了自己的门槛值设定值，所编制的载荷谱得到了厂家的认可并已经应用于疲劳试验台中．     

通过静载荷试验测定桩侧摩阻力及桩端阻力

根据静载荷试验原理，通过在桩身中埋置测量元器件来测定应力应变值经过计算确定桩侧极限摩阻力（qsik）和桩端极限阻力（qpk)，并结合工程实例，对照工勘报告中提供的qsik、qpk,分析了两之间存在差异的原因，进而提出静载荷试验测定桩侧摩阻力及端阻力在实际工程应用中的必要性。     

正交各向异性钢桥面板铺装的疲劳承载力试验研究

针对广东北江大桥钢桥面结构及铺装层设计情况，计算钢桥面板局部应力，实测获取桥梁载谱资料，并采用模拟桥面应力方法进行铺装与钢板结合件的疲劳试验，得出了铺装抗裂疲劳承载能力，北江桥采用改性沥青铺装是成功的，其抗裂疲劳使用寿命可达五年以上。     

简支变连续箱梁连续端合理受力影响分析

某特大桥上部结构为整体预制单箱双室斜腹板预应力混凝土箱梁,为使其在存放及简支等阶段连续端合理受力,并满足大型浮吊吊装能力等要求,采用有限元软件Ansys,建立空间实体计算模型,比较分析横隔板构造形式、临时支座布置间距及方式、预应力等对箱梁连续端位移及应力的影响。研究表明,箱梁连续端预制全横隔板,在中腹板位置底板下部亦布置临时支座时,箱梁端部变形平缓,抗裂性得到提高。