基于Isight平台的某动车组车体牵引梁焊缝应力的灵敏度分析

为确保高速列车的安全运行,提高车体静强度.首先建立动车组车体有限元模型,将运营条件叠加并施加在动车组车体上.在ANSYS软件中进行整车计算,找到模型在恶劣工况下的薄弱位置,采用子模型技术,提取车体底架部分结构,通过对比计算结果验证子模型的可信性.最后通过优化平台Isight整合ANSYS,引入参数化后的子模型,对薄弱部位进行应力灵敏度分析.根据灵敏度分析结果修改设计变量,对如何降低薄弱位置应力提出合理的建议,以此提高车体底架结构强度的安全系数.     

考虑屈曲响应的碳钢客车车体底架结构的拓扑优化

利用子结构和拓扑优化相结合的技术,研究碳钢客车车体底架结构的稳定性问题.首先,在1280kN车钩压缩载荷作用下,对某碳钢车车体结构进行线性屈曲分析,指出底架薄板部位因纵向刚度不足导致其屈曲因子偏低;然后,开展整车级底架失稳区域的典型结构的基于屈曲响应的拓扑优化,分别将碳钢车车体底架侧门和端部区域的典型结构定义为非子结构,其它车体单元定义为超单元,它们的边界结点定义为出口结点;接着,依据两典型结构的拓扑优化结果,确定优化设计方案;最后,经整车级结构的稳定性分析,优化结构的屈曲因子分别提高了0.67和0.95.这种考虑屈曲响应的、借助子结构方法的整车级高效的底架拓扑优化技术可推广到车体其它部位的优化设计中.     

考虑气动载荷的动车组铝合金司机室焊接接头应力因子分析

基于EN1999-1-3:2007和IIW-2008标准及EN15085-3标准,研究高速列车频繁地通过隧道时列车头部或尾部承受瞬间突变的气动载荷导致车体结构疲劳损伤的问题.基于上述标准的接头疲劳性能参数和疲劳评定方法及损伤等效原则,应用C#语言和ANSYS的APDL语言编写了高速动车组铝合金车体在BS EN12663标准的加速度疲劳载荷和气动疲劳载荷共同作用下,车体焊接接头应力因子的计算程序.在2×106次的0～4000 Pa气动载荷和107次的三方向加速度±0.15 g载荷共同作用下,利用某高速动车组头车车体结构有限元模型和自编计算程序对司机室焊接接头进行疲劳评估与应力因子分析.结果表明:主要由气动疲劳载荷引起的司机室焊接接头的累积损伤和应力因子均是IIW的计算结果大于EN 1999-1-3的计算结果;司机室立柱与边梁焊缝的累积损伤和应力因子最大,分别为0.753和0.987.建议高速动车组司机室焊接结构抗疲劳设计时应重点关注气动疲劳载荷.     

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.     

动车组铝合金车体结构刚度协调设计原则

动车组铝合金车体结构整体刚度和部件刚度决定着其强度、稳定性、振动品质以及疲劳寿命.结合车体结构和承载特点以及铝合金焊接的特殊性,分析动车组铝合金车体各种典型断面的缺口对其抗弯刚度的影响,识别外载荷作用下车体部件的传力路径,以及研究位于传力路径上部件各方向的刚度不协调区域.以结构刚度协调设计为出发点,总结铝合金车体主结构开口和端门结构以及型材焊接位置的设计原则,为动车组铝合金车体详细设计提供理论依据.     

城际动车组车下大吨位设备吊装结构强度的精细分析

以某城际动车组的车下大吨位设备吊装为研究对象,建立包括40个联接螺栓在内的吊装部件接触非线性有限元模型,在EN12663-2010标准中相关载荷工况和螺栓预紧力的作用下,对吊装部件进行接触非线性有限元分析与评价;最后,基于吊装部件的有限元分析数据,通过查找各部件接触对、建立接触的局部坐标系并提取各工况接触面上的接触压力与接触摩擦力,计算部件接触面上的接触摩擦合力与最大静摩擦力的比值,实现了各工况吊装部件接触面的抗滑性分析,为动车组车下吊装结构的详细设计提供了相当的理论依据.     

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.      

动车组车下吊装设备用橡胶减振器的研制

根据吸振器原理和隔振原理,结合动车组的相关参数计算出车下设备(变压器)的总刚度要求;建立车下设备吊装框架有限元模型,计算出各吊点吊装载荷,并按载荷比例将总刚度分配到各吊点;利用有限元手段对车下设备用橡胶减振器进行仿真,并结合橡胶件研发经验设计研制出橡胶减振器.试验证明,研发的减振器在吊装刚度,强度和动态减振方面均符合设计要求.     

高速动车组车轴动应力计算及可靠性分析

为研究高速动车组车轴的疲劳可靠性,基于TB/T 3352-2014不平顺轨道谱,利用UM建立整车刚柔耦合动力学模型,分析得到轮轨动力学响应,通过雨流计数法统计作用于轮轴上的8级载荷谱,结合ANSYS通过准静态法求得车轴动应力,利用Miner理论和修正的Paris公式计算出车轴疲劳寿命,最后基于三参数威布尔分布分析了不同可靠度下的车轴疲劳寿命.结果表明:轮座内侧圆弧过渡处最薄弱,可靠度为0. 9时,其寿命约为28. 84年.该方法将传统有限元强度分析方法和动力学仿真方法相结合,使分析结果更准确.     

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.