线膨胀系数对轮盘紧固螺栓力学性能的影响

基于热-机耦合有限元法,针对轮装制动盘结构,建立全六面体精细有限元模型,并对螺栓施加预紧力,通过对制动盘摩擦环施加热流密度的方式模拟制动时的传热过程,分析了螺栓材料线膨胀系数对螺栓温度场、应力场以及轴向力的影响,计算结果表明:线膨胀系数增大可以适当减少材料的应力幅值和轴向力变化幅值,但制动结束后会导致螺栓预紧力下降,应...     

考虑两类不同随机应力时的构件疲劳可靠度计算模型

提出了一种随机应力时间历程作用下构件疲劳可靠性分析的新模型。该模型首先根据材料的P-S-N曲线,并考虑构件疲劳强度影响因素的随机性,在给定不同等幅名义应力水平下进行构件的疲劳可靠性分析,计算给定等幅名义应力下构件的疲劳可靠寿命,从而得到构件的P-S-N曲线。然后利用概率Miner准则和构件的P-S-N曲线求得在随机应力时间历程作用下构件的疲劳可靠寿命和给定寿命下构件的疲劳可靠度。     

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.     

车辆荷载作用下钢-混组合桥面系的疲劳损伤

针对钢-混组合桥面系在车辆荷载作用下的疲劳失效特点,以某大跨度钢-混组合桥面系悬索桥为工程背景,建立了钢-混组合桥面系的有限元模型。基于等效疲劳损伤原理,对某长江公路大桥24h实测交通荷载数据进行计算,得到了7类典型车辆荷载模型及其频值谱。将得到的7类典型车辆荷载分别加载到有限元模型中进行计算,提取关注点的应力时程曲线。用MATLAB编制了雨流计数法程序,对应力时程数据进行处理,得到了该关注点的应力幅及循环次数。参照英国BS5400规范,对该点进行了疲劳损伤计算。研究结果表明:该疲劳点在实测车辆荷载谱作用下的应力-时程曲线呈双峰和多峰的分布形式;其最大应力幅较BS5400规范规定的常幅疲劳极限偏大;关注点的疲劳寿命比设计的低,车辆动荷载对该关注点疲劳性能的影响明显,在钢-混组合桥面系抗疲劳设计中应予以考虑。     

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。     

基于接触非线性理论的250型活塞强度分析

基于有限元方法,对不同方案的模型进行离散化,在Hyper Mesh中根据活塞的最恶劣工况加载,同时考虑热应力、预紧力以及压强等载荷.在ANSYS中进行计算,比较不同活塞模型在相同边界条件下,活塞销座以及螺栓的Von-Mises应力,由于修改了螺栓型号以及活塞销座上螺栓孔的大小,导致活塞裙上螺栓孔附近的应力和螺栓上的最大应力不同,根据计算结果筛选出了最佳的模型方案.结果表明:螺栓开孔尺寸与螺栓杆身应力有一定的相关性,增加开孔尺寸,会有效的减少螺栓杆身应力水平,但随着开孔尺寸增大,螺栓会承受一个额外的弯矩引起的应力,增加开孔尺寸会增加螺栓帽下方的最大应力,计算结果还表明增加开孔对于销座螺栓孔附近应力水平影响不大.     

钢结构桥梁高强度螺栓工地施工工艺

高强度螺栓是一种较为特殊的螺栓，其材质通常是高强度钢，特征是对预紧力的要求很高，需要施加相当大的预紧应力。因为这种螺栓具有很高的力学强度和力学性能，所以往往被用于连接各种钢结构设备，但是这种螺栓在施工工艺方面有很强的特殊性，所以其工地施工的特殊要求较多。这里以钢结构桥梁的工地施工为例，分析高强度螺栓的施工工艺。     

泰州大桥钢箱梁实测疲劳应力分析

针对泰州大桥钢箱梁开展实桥疲劳应力测试,从纵桥向、横桥向及局部细节3个方面对钢箱梁疲劳受力特征进行测试。基于钢箱梁的实测应变绘制各位置处的应变时程曲线,并利用雨流计数法得到疲劳应力谱。结果表明:若以高应力幅作为疲劳开裂评价标准,则重车道下轮载对应的U肋疲劳损伤较严重,中塔附近钢箱梁顶板与U肋焊缝、弧形缺口构造的应力幅较高,且循环次数较多,需重点关注;钢箱梁不同截面疲劳细节的应力幅峰值较为接近,但各应力幅对应的循环次数存在差异;中塔附近第一根吊杆处截面测点的应力幅峰值较大,为钢箱梁易发生疲劳损伤的主要截面。在当前交通荷载作用下,泰州大桥钢箱梁各部分的疲劳寿命满足设计要求。     

盾构隧道斜螺栓接头受力性能与火灾下温度分布规律

利用有限元计算软件ABAQUS建立了环向复合管片与环向斜螺栓接头的三维实体模型; 考虑复合管片材料的非线性, 采用弹塑性本构模型, 分析了环向斜螺栓接头在常温下的力学特性; 根据HC升温曲线, 分析了接头模型的传热特性, 研究了复合管片衬砌和环向斜螺栓接头在火灾下的温度分布规律。分析结果表明: 采用高强螺栓能够有效减小接头张开量, 增大接头刚度; 在采用高强螺栓的情况下, 斜螺栓最大轴应力易在初始阶段达到屈服, 屈服后接头弯矩和轴力的增大对斜螺栓的应力影响并不大, 但对斜螺栓变形影响较大, 当接头负弯矩从7 kN·m增加到122 kN·m, 接头轴力从368kN增加到734 kN时, 斜螺栓最大应变增加1.6倍, 当接头正弯矩从53 kN·m增加到182 kN·m, 接头轴力从903kN增加到1 056 kN时, 斜螺栓最大应变增加5.9倍; 常温下接缝附近斜螺栓的轴应力呈现反对称分布, 除接缝外其他部位斜螺栓的轴应力基本相等, 约为400MPa, 接缝处轴应力绝对值最大值可达700 MPa; 火灾情况下手孔处温度上升最快且达到的温度最高, 80 min时即可达到1 000 ℃, 接缝处混凝土在100min后达到稳定温度, 螺母处混凝土在150 min后达到稳定温度, 稳定温度均为1 000 ℃左右。      

动车组吊装结构及联接螺栓接触非线性有限元分析

以某动车组制动模块为研究对象,采用空间六面体单元和四节点壳单元混合建模的方式,对整体吊装结构进行8种工况的接触非线性有限元分析,得出制动模块各零部件静强度满足设计要求.利用子结构技术,对吊座螺栓进行不同预紧力情况下的应力强度对比研究,得出预紧力是影响螺栓强度的主要因素,随着预紧力的增加螺栓上的应力值逐渐增大.     

声屏障结构的列车脉动风致振动分析

在考虑桩-土-结构共同作用的基础上,用ANSYS软件对插板式声屏障结构的脉动风致振动响应进行了数值计算,分析了列车车型、运行速度、声屏障结构高度和长度对结构动力特性的影响,为高速铁路声屏障结构的设计提供了合理参数.结果表明:CRH2型列车比CRH3型列车通过时声屏障结构垂直构件的位移增大18.6%,弯矩增大8.5%;垂直构件的位移、弯矩随列车运行速度和结构高度增大呈非线性关系明显增大;随声屏障结构长度增大,垂直构件的位移和弯矩增大,但长度超过120 m以后减小,并逐渐趋于稳定值.     

基于ANSYS的钢制车轮有限元分析

建立某特定车型车轮的有限元模型,进行弯曲应力和径向应力分析及疲劳分析,探究车轮疲劳寿命的影响因素。对车轮分别进行正对螺栓孔和正对2螺栓孔中间加载2种工况的应力分析。最后应用Fatigue模块对车轮进行弯曲疲劳寿命分析,预测车轮的疲劳破坏位置和使用寿命。     

撞击荷载作用下盾构隧道接头螺栓失效及参数分析

为了研究高速列车脱轨撞击盾构隧道时接头螺栓参数对螺栓失效和管片的影响. 基于ABAQUS有限元软件,建立了盾构隧道管片衬砌分块拼装式模型,利用时速200 km/h列车12.5° 斜向撞击荷载曲线,通过设置接触面单元和具有抗拉、抗剪、抗弯3种刚度组合的连接单元,近似模拟了盾构隧道接缝混凝土接触效应和螺栓连接效应,开展了不同螺栓直径和不同螺栓强度级别下管片接头螺栓的失效研究. 研究结果表明:在列车撞击荷载作用下,接头螺栓主要发生拉伸失效和剪切失效两种失效状态,失效后螺栓拉力和剪力降低为0,并且螺栓失效一般是相对列车行进方向相继出现的;拉伸失效通常出现在被撞块后端纵向螺栓,而被撞块环向螺栓和前端纵向螺栓一般发生剪切失效;各螺栓发生失效的时间随着接头螺栓强度级别的提高或螺栓直径的增大有所延后;不同螺栓参数下被撞块管片位移极大值均在6 cm左右,提高接头螺栓的强度级别和增大螺栓直径,将减小被撞块管片最终位移较大值区域面积以及最终位移极大值的数值,但管片最终位移极大值数值的减幅在10%以内,说明改变螺栓参数无法明显减小管片最终位移.      

高铁站列车和调车作业计划一体化编制方法

复杂高铁站作业计划的编制质量是影响整个路网运输能效发挥的重要因素,为快速编制高质量车站作业计划,分析了各类列车在车站列车和调车作业,构建列车作业链,并描述车站作业计划优化问题的本质,结合车站布局和轨道电路分布,构建基于微观层面的车站作业计划优化模型;针对实际问题变量巨大,约束条件复杂的特点,将模型转换为对偶形式,在不需要初始解的情况下,通过拉格朗日松弛算法求解,并通过基于对称性破缺规则的分支定界法快速对松弛问题的解可行化,获得可行车站作业计划。以北京南站为例测试模型和算法,计算时间不超过 20 min,对偶间隙不超过10%,计算结果无冲突,表明该方法能够实现复杂高铁站高质量列车作业计划的快速求解,具有实际应用意义。     

高速接触网零部件失效问题研究现状及展望

接触网零部件的失效会严重影响接触网系统的运行安全,接触网系统的服役可靠性是列车和线路安全运营的重要基础.为促进高速接触网装备技术的发展,在结合大量现场调研结果的基础上,系统分析并总结了我国高速铁路接触网零部件服役过程中出现的铝合金定位钩与定位支座磨损、吊弦线疲劳、螺栓连接松动、终端锚固线夹抽脱以及零部件腐蚀问题等五类典型失效问题及其产生的原因,指出微动损伤（微动磨损与疲劳）与恶劣的服役环境是导致接触网零部件典型失效的主要因素;介绍了国内外学者对微动磨损、微动疲劳、螺栓松动、应力腐蚀等相关失效机理的研究现状;展望了高速铁路接触网零部件的失效机理研究,冲滑复合磨损、多股绞线结构微动疲劳、螺栓松动、载流条件下疲劳和腐蚀疲劳这几个方面是今后需要重点研究的领域,并指出研究载流条件对疲劳损伤影响的重要性.      

齿轨铁路导入装置动力学特性

利用大型有限元商业软件ABAQUS建立了车辆-齿轨铁路导入装置耦合动力学有限元模型;仿真了齿轨车辆通过齿轨铁路导入装置的过程,分析了车辆与齿轨铁路导入装置的动态相互作用;考虑不同参数的影响,研究了齿轨铁路导入装置振动响应、结构应力、动态接触力等动态特性响应规律.研究结果表明:随着支撑弹簧预紧力的增大,齿轮转速能更快达到...     

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。      

提速客车转向架安全吊座疲劳失效机理与改进方法

分析了提速客车转向架安全吊座孔附近产生的疲劳裂纹特征, 提出共振现象造成的结构振动疲劳是该部位产生裂纹最主要原因的假设; 通过有限元仿真得到安全吊杆的前110阶模态振型, 分析了各阶模态频率; 进行线路实测加速度与动应力试验, 得到等效应力、加速度及其主频, 并与有限元仿真结果进行对比分析; 在掌握了安全吊座失效机理的基础上, 通过结构改进与调整连接方式优化安全吊杆结构及其固定方式; 对新结构进行线路实测试验, 并对其安全性与经济性进行评估。研究结果表明: 受普通客车运行线路条件影响, 安全吊杆振动频率(加速度主频为91.78 Hz, 动应力主频为91.00Hz) 与有限元计算的第4阶模态频率(95.79Hz) 相近而产生共振; 安全吊杆的纵向加速度功率谱密度远大于其横向值与垂向值, 这与列车的运行方向相吻合, 因此, 振动疲劳使得安全吊座孔边产生裂纹; 在螺栓孔两侧增加5mm厚垫片, 并且将安全吊杆由钢板折弯结构更改为钢丝绳柔性结构能够最大程度降低螺栓孔处等效应力幅值, 减少疲劳损伤累积; 改进后的安全吊杆满足1 200万公里的使用要求, 取得较好的经济效果。      

基于谱载荷的高速列车转向架构架的疲劳强度

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．     

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.