基于BS方法的拖车转向架焊接构架的疲劳评估

为了保证设计的转向架焊接构架的安全可靠性,运用EN13749-1999标准对CRH3型拖车转向架焊接构架进行静强度评定和疲劳强度计算,采用BS方法对焊接构架进行有效的疲劳评估,分析计算结果表明CRH3型动车组拖车转向架焊接构架强度和疲劳寿命满足设计要求.     

基于静力响应面的混凝土梁桥有限元模型修正

研究基于中心复合设计的静力响应面法在桥梁有限元模型修正中的具体应用.桥梁结构的静力测试受干扰小、过程明确,具有较高的精度和稳定性.以静载试验挠度为响应,进行中心复合设计,拟合能模拟响应与因子间的曲面函数关系的二阶响应面模型.通过调整坐标轴样本点的取值使中心复合设计具有正交性.以方差分析定量判定回归方程和因子的显著性,并通过剔除不显著因子提高响应面模型的精度.对三跨连续梁抗弯刚度的修正结果表明:基于静力测试的二阶响应面模型,对梁桥有限元模型的修正精度能满足工程要求.     

基于线性数值模拟及Neuber理论 修正的弹塑性结构强度分析

以某城际车转向架构架为例,介绍了基于线性数值模拟及Neuber理论修正的弹塑性结构强度评估过程.为了验证上述修正方法的可靠性和精度,进行了基于Neuber理论及线性理论两种修正方法评估构架强度,同时计算了构架的弹塑性分析,结果验证了对于结构的缺口局部区域超出屈服的情况,基于线性数值模拟及Neuber理论修正的弹塑性结构强度分析具有较高的精度,该方法可以应用到实际的工程结构强度评估中.     

铁道车辆转向架构架多轴疲劳强度有限元分析方法

铁道车辆转向架构架在服役过程中承受复杂的多轴疲劳载荷,为构架结构的设计和分析带来困难.本文以某车辆转向架构架为研究对象,为获得构架在复杂多轴载荷作用状态下的应力分布状态,分别建立构架板壳有限元模型和实体有限元模型,并参照UIC 615-4、TB/T 2368-2005和TB/T1335-1996标准,确定计算工况,对该转向架构架强度进行分析计算,并根据ORE B12/RP17提供的钢材Goodman疲劳曲线图,编写后处理程序对构架进行疲劳强度评估.结果表明：两种有限元模型计算分析结果趋于一致;构架结构的应力分布状态呈现面内应力分布占优的状态;采用最大主应力对其进行疲劳强度评估是合理的;两种建模方法获得的构架静强度、疲劳强度评估结果的一致性说明：采用板壳模型代替实体模型对构架进行有限元强度分析是可行合理的,可节省计算资源.     

提速和高速列车机械结构可靠性研究

2004年度本研究的重点工作在于转向架构架的结构可靠性问题，细化了提速及高速列车转向架构架的强度评估标准及寿命预测的研究方法，完成了焊接试件疲劳试验方案和部分焊接试件的制作；在实验室模拟了构架的动态服役环境试验并进行了关键受力部位动应力采集。基于提速货车RD2车轴发生的大量的断轴事故，     

基于节点耦合技术的螺栓强度可靠性分析

针对基于非线性MPC接触方法的螺栓强度可靠性分析耗时长,效率低的问题,提出一种基于节点耦合技术和响应面法的螺栓强度可靠性分析方法.以某地铁司机室座椅连接螺栓为研究对象,首先根据节点耦合技术模拟接触行为建立其有限元模型并进行强度分析;其次将分析结果与螺栓强度的接触非线性分析结果进行对比;最后,参数化座椅连接螺栓节点耦合模型,对设计变量进行中心复合设计,拟合螺栓强度的多项式响应面函数,根据应力-强度干涉理论建立极限状态函数,采用拉丁超立方抽样方法对螺栓强度进行可靠性分析.实验结果表明:可以采用节点耦合技术模拟接触行为,同时,该可靠性分析方法能在极大程度上节省螺栓强度可靠性分析所用的时间.     

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.     

转向架构架疲劳应力计算与评估

为评估某低地板车辆焊接转向架构架的疲劳强度,采用ANSYS有限元仿真软件搭建转向架构架三维有限元模型,分别计算母材、打磨的焊缝边缘部位和不打磨的焊缝边缘部位的3组包络线的许用应力,与11种动载荷的组合变化应力相比较,评价构架的疲劳强度是否满足设计要求.结果 表明:转向架构架母材和打磨过的焊缝边缘部位疲劳强度满足要求;在转向架构架安全裕量较小的焊缝部位必须打磨才能满足疲劳强度要求.     

简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路可靠性分析

为分析关键因素对桥上嵌入式轨道无缝线路力学特性的影响, 并基于可靠性理论对其进行评估, 采用有限元法建立了简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路计算模型, 选择高分子材料纵向阻力和梁体温差为随机变量, 并根据实际工况确定了随机变量的分布类型和分布参数; 通过中心组合试验设计方法设计了响应面试验, 采用最小二乘法拟合了随机变量和响应之间的函数关系, 从而建立了轨板相对位移关于高分子材料纵向阻力和梁体温差的二次多项式响应面模型, 通过方差分析验证了所建立模型的正确性, 并采用灵敏度分析方法对随机变量进行了参数敏感性分析; 构建了桥上嵌入式轨道无缝线路长期服役性能的极限状态方程, 综合运用蒙特卡洛法和响应面模型评估了简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路的可靠性。分析结果表明: 梁体温差和高分子材料纵向阻力对轨板相位移的灵敏度系数分别为0.99和-0.08, 梁体温差对轨板相对位移的影响远大于高分子材料纵向阻力; 在考虑参数的随机性以后, 温度作用下的轨板相对位移具有一定的离散性, 其主要分布在4.0~6.5 mm范围内, 且近似服从正态分布; 在不采取特殊处理措施的情况下, 不宜在年温差较大的地区建造桥上嵌入式轨道; 提出的桥上嵌入式轨道无缝线路可靠性评估方法可为嵌入式轨道结构的设计提供理论指导。      

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.     

基于组合函数响应面的桥梁有限元模型修正

针对基于响应面的桥梁有限元模型修正方法进行研究,采用2阶多项式和高斯径向基函数构造组合函数,通过ANSYS重复试验获得样本数据,利用最小二乘法拟合回归响应面,在其基础上构造目标函数并使用MATLAB实现优化求解,该方法具有拟合精度高、抗噪能力强、计算量可控等特点。通过室内悬臂梁模型实验验证、贝雷梁桥的模型修正与动力响应分析,发现修正后所得有限元模型能够较准确地再现实测结果,表明其能够反映出实际结构的真实状态,证实了该方法的有效性。     

高速列车转向架构架动应力计算与疲劳全寿命预测

建立了车辆结构的刚柔耦合动力学模型,对比了刚性构架和柔性构架的振动响应,计算了构架的载荷谱;分析了应力谱转化方法,利用有限元方法与多项式拟合方法计算了构架的动应力谱;基于动应力谱与相关标准,运用线性累积损伤理论与疲劳裂纹扩展寿命Paris方程计算了构架的疲劳全寿命。计算结果表明:相比于多刚体车辆系统动力学模型,采用考虑构架柔性的车辆系统动力学模型计算的构架振动加速度响应在构架固有频率36.94~95.53Hz范围内的幅值较大,因此,构架的模态对振动响应的贡献显著;将载荷谱转化为应力谱的多项式拟合方法与瞬态分析方法相比较,应力误差最大值为1.16MPa,相对最大误差为3%,满足工程分析5%的计算精度要求;基于疲劳损伤理论计算的可靠度为95%的构架疲劳寿命为1.82×106 km;构架危险关注点裂纹由1mm扩展到2mm的寿命为1.76×106 km,满足中国高速列车车辆检修标准中制定的五级检修周期为1.2×106 km的要求。可见,构架模态参与下的动态应力谱计算方法与构架的疲劳全寿命预测方法可靠,有益于构架的动态设计与维修周期的制定。     

铁道车辆转向架构架可拓变型设计方法研究

在传统的铁道车辆转向架构架设计领域,构架变型设计时的变化不仅体现在结构尺寸上,其拓扑结构也随之发生变化.基于可拓思想,建立构架的可拓模型,提出一种基于可拓模型的构架变型设计方法.首先描述构架的物元和关系元模型,建立其可拓模型,并以有序三元组形式表达构架模块数据,通过可拓变换方法对构架进行变型设计.以某型车转向架构架的变型设计为例验证了方法的可行性.     

自卸车货箱多学科优化设计

对某自卸车货箱进行包括线性静力和振动模态的多学科优化,并对优化结果进行了稳健性设计,确定了在随机误差影响下多学科优化结果的可靠性。首先建立了自卸车货箱的有限元模型,通过灵敏度分析筛选设计变量;其次应用试验研究方法采集试验样本并拟合各个响应的响应面,基于响应面优化计算获得多学科优化的最优解;最后通过稳健性分析确定了优化结果的可靠性。经过多学科优化设计,自卸车货箱在刚度、强度、第一阶模态频率不降低的情况下,质量减少8%。     

高速转向架焊接构架性能仿真建模方法

转向架性能直接决定高速动车组运行的安全性、平稳性和可靠性.依据相关标准,总结动车焊接构架的结构与承载特点;借助分析构架和部件的变形规律,得出动车焊接构架性能分析模型中位移约束以及主结构和安装座的承载施加方法.通过研究分析构架的齿轮箱吊座与电机吊座的局部变形,建议当考核齿轮箱吊座与电机吊座的强度时,应将齿轮箱联接结构和电机壳体结构的有限元模型纳入到动车构架性能分析模型中.     

高速转向架构架强度及模态分析研究

根据某型高速转向架构架的结构特点,利用Ansys软件建立构架的有限元模型,依据TB/T 2368-2005标准和焊接材料的Goodman-smith疲劳极限图对构架进行疲劳强度评估.结果表明:各关键点的等效应力均小于相应的许用应力,构架满足疲劳强度的要求.此外,还对构架的模态进行了分析,分析构架在某一频域内的振动模态,从而评价构架的动态性能是否满足设计要求.     

基于Kriging模型的焊接构架抗疲劳优化设计

利用Kriging近似模型技术,提出考虑焊接接头疲劳损伤约束的转向架焊接构架优化设计方法.根据国际焊接学会(IIW)的焊接接头与部件疲劳设计评估标准,基于Miner累积损伤理论,预测焊接接头的疲劳累积损伤;以板厚为设计变量,结构质量最小为目标,在尺寸约束的基础上,增加UIC515-4标准中超常载荷的最大应力、运营载荷的Goodman疲劳安全系数、疲劳试验过程焊接接头累积损伤为约束,创建焊接构架的抗疲劳优化模型;利用均匀设计法对10个设计变量进行120次试验创建Kriging近似模型,在近似模型上应用序列二次规划算法进行优化,在给定损伤要求下,构架质量减轻11.6%,此方法对复杂焊接结构的抗疲劳优化设计有一定的参考价值.     

东风_4型内燃机车转向架组合弹簧的优化设计

根据强度分析,东风_4型内燃机车转向架组合弹簧的静强度不足.本文采用惩罚函数法对该组合弹簧进行优化设计,从而提出较好的设计方案.     

3E轴构架转向架的通用动力学要求

为了更好地实现铁路货运的重载快捷发展目标,以双层集装箱车辆作为应用研究对象,利用刚柔耦合仿真分析手段进行了3E轴构架转向架100~135 km/h动力学性能分析.6轴双层集装箱车辆刚柔耦合分析表明:空载承载鞍滑动现象和重载中轴轮对稳定性将是其高速运营的主要性能问题.因而,确保空载轮对定位刚度、确保重载中轴轮对轮轨关系稳定和降低车体结构耦合振动响应水平应作为3轴构架转向架的通用动力学要求.为此,提出了如下三项技术对策:①1、3轴承载鞍应以45°倒面作为承载摩擦面,满足摩擦系数μe≥0.42,而中轴小承载鞍则以磨耗板进行减磨处理μ0.2;②以中轴轮对车轮轮缘减薄9 mm的LM修正踏面优化来提高轮轨匹配的等效锥度控制中轴轮对横移,进而降低转向架蛇行运动程度;③中轴轴箱增设斜楔摩擦减振以降低落下孔车体中部结构振动耦合响应.与原设计对比,该技术对策可以使车辆动态性能得到改善.     

3E轴构架转向架的通用动力学要求

为了更好地实现铁路货运的重载快捷发展目标,以双层集装箱车辆作为应用研究对象,利用刚柔耦合仿真分析手段进行了3E轴构架转向架100~135 km/h动力学性能分析.6轴双层集装箱车辆刚柔耦合分析表明：空载承载鞍滑动现象和重载中轴轮对稳定性将是其高速运营的主要性能问题.因而,确保空载轮对定位刚度、确保重载中轴轮对轮轨关系稳定和降低车体结构耦合振动响应水平应作为3轴构架转向架的通用动力学要求.为此,提出了如下三项技术对策：①1、3轴承载鞍应以45°倒面作为承载摩擦面,满足摩擦系数μe≥0.42,而中轴小承载鞍则以磨耗板进行减磨处理μ〈0.2;②以中轴轮对车轮轮缘减薄9 mm的LM修正踏面优化来提高轮轨匹配的等效锥度控制中轴轮对横移,进而降低转向架蛇行运动程度;③中轴轴箱增设斜楔摩擦减振以降低落下孔车体中部结构振动耦合响应.与原设计对比,该技术对策可以使车辆动态性能得到改善.