机车车辆车体结构动应力计算方法

为了提高机车车辆的疲劳寿命,优化其结构设计,提出了基于多系统仿真模型和有限元方法的动应力混合计算方法,计算了机车车辆车体结构的动应力。建立以车体为核心的机车多体系统仿真模型,并进行动力学分析,获得关键位置的载荷时间历程。通过有限元准静态应力法,计算了车体结构的准静态应力影响因子。通过载荷时间历程和对应单位载荷作用下的应力影响因子的相互相乘叠加求和计算,获得车体结构在随机动载作用下的应力历程,对实际线路车体结构动应力测试结果和刚性车体与柔性车体的仿真结果进行了对比。对比结果表明:其误差分别是2.462%和7.258%,说明此计算方法计算精度高。     

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。     

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。     

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.      

铰接式轻轨客车车体结构强度的精细分析

为设计满足EN12663-2010标准性能要求的铰接式轻轨客车车体,提出了车体结构静强度精细分析方法和车体焊接接头应力集中分析与疲劳寿命预测方法.以某出口铰接式轻轨客车铝合金车体为研究对象,首先建立了铰接车体整体结构的一级薄壳单元有限元模型;并在车体一级有限元模型分析的基础上,采用子模型技术与非线性接触技术相结合的方法构建了车体铰接模块的二级有限元模型,经接触非线性数值试验,优选出合理的铰接模块设计方案.采用美国ASME-2007标准的主S-N曲线法,对铰接车体焊缝进行了应力集中分析与疲劳寿命预测,识别出了焊接接头疲劳寿命的薄弱部位.借助焊缝结构应力的分析,提出的改进方案焊缝寿命比原始方案提高了2.49倍.     

铰接式轻轨客车车体结构强度的精细分析

为设计满足EN12663-2010标准性能要求的铰接式轻轨客车车体,提出了车体结构静强度精细分析方法和车体焊接接头应力集中分析与疲劳寿命预测方法.以某出口铰接式轻轨客车铝合金车体为研究对象,首先建立了铰接车体整体结构的一级薄壳单元有限元模型;并在车体一级有限元模型分析的基础上,采用子模型技术与非线性接触技术相结合的方法构建了车体铰接模块的二级有限元模型,经接触非线性数值试验,优选出合理的铰接模块设计方案.采用美国ASME-2007标准的主S-N曲线法,对铰接车体焊缝进行了应力集中分析与疲劳寿命预测,识别出了焊接接头疲劳寿命的薄弱部位.借助焊缝结构应力的分析,提出的改进方案焊缝寿命比原始方案提高了2.49倍.     

基于试验模态验证的铁路敞车侧墙疲劳寿命预测

运用Hyper Mesh建立敞车的有限元模型,使用ANSYS软件对敞车侧墙进行仿真模态分析.采用LMS Test.lab软件中的工作模态参数识别方法对敞车侧墙进行试验模态分析,并获得了其固有频率、振型和阻尼比等模态参数.通过仿真模态分析和试验测试参数对比分析可知,结果基本吻合,从而验证了敞车侧墙的有限元模型的准确性,在此基础上基于ASME(2007)标准中结构应力法和Miner线性累积疲劳损伤理论,并采用AAR标准载荷谱对敞车侧墙的关键焊缝进行了疲劳寿命预测,结果满足设计要求.     

基于试验模态验证的铁路敞车侧墙疲劳寿命预测

运用Hyper Mesh建立敞车的有限元模型,使用ANSYS软件对敞车侧墙进行仿真模态分析.采用LMS Test.lab软件中的工作模态参数识别方法对敞车侧墙进行试验模态分析,并获得了其固有频率、振型和阻尼比等模态参数.通过仿真模态分析和试验测试参数对比分析可知,结果基本吻合,从而验证了敞车侧墙的有限元模型的准确性,在此基础上基于ASME(2007)标准中结构应力法和Miner线性累积疲劳损伤理论,并采用AAR标准载荷谱对敞车侧墙的关键焊缝进行了疲劳寿命预测,结果满足设计要求.     

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.     

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。     

Simulation on Reliability Enhancement Testing Technology of Ramming System

Ramming system is the key device to guarantee the firing speed of self-propelled gun. Based on traditional reliability enhancement testing method, a new kind of reliability enhancement testing simulation method of ramming system is put forward firstly. In CAD software Pro/E and dynamic simulation software ADAMS, the virtual prototype of ramming system is established. In EASY5 software, the corresponding hydraulic system and control system models are built. The reliability enhancement testing virtual environment of ramming system is developed using the mechanical-electrical-hydraulic co-simulation technology. Based on the load spectra provided by virtual prototype, and the stress distribution provided by finite element analysis and material's S-N curve(S is fatigue strength, N is fatigue life), a model of fatigue enhancement coefficient is established through the failure mechanism analysis. The simulation processes and simulation results show the feasibility of reliability enhancement testing based on virtual prototype, and provide sufficient theory reference for structure improvement and optimization of ramming system.     

Research on the dynamic performance of low-yield-strength shear panel damper for bridge application

This study seeks to develop a scientific understanding of the effects of dynamic loading history on the low-yield-strength shear panel damper(LYSPD) mechanical properties and fatigue performance.The LYSPD model is supposed as perfect elastic-plastic without strength deterioration.By adjusting the damper strength with the above supposition in the DYMO software,the serial earthquake response waves of the LYSPD under different soil conditions are obtained firstly.Subsequently,several waves,the most prone to damage at each soil condition, are selected as dynamic loading waves to verify the LYSPD dynamic performances experimentally.The test results suggest that the dynamic loading histories have no influence on the LYSPD strength or the supposed model while they affect the fatigue performance.The applicability and accuracy of three fatigue evaluation methods, cumulative plastic shear strain,cumulative energy absorption and Miner rule,are also compared according to the test results.     

基于ADAMS的军用轮式装备铁路紧急制动仿真实验研究

为充分利用现代仿真技术的优点,积极推进军事装备运输性仿真研究,在建立相关军用轮式装备铁路运输多体动力学仿真三维模型的基础上,运用ADAMS虚拟样机技术模拟某轮式装备（CA1171J）铁路运输紧急制动的过程,同时结合现场实测数据利用图形分析法和灰色关联度分析法,对模拟仿真结果进行定性与定量的分析,通过分析结果得出仿真实验...     

基于DEFORM的空压机曲轴圆角滚压过程仿真与分析

应用DEFORM软件对曲轴滚压模型进行滚压过程的数值模拟,研究在滚压过程中危险部位的滚压应力和残余情况,以及滚压参数(滚压圈数、滚压速度、滚轮半径等)对残余应力的影响;接着对曲轴模型进行疲劳强度分析,研究其在受载情况下轴颈部位的应力变化情况。研究表明:圆角滚压技术是提高曲轴疲劳强度最有效的方法,不仅可以降低曲轴表面粗糙度、提高硬度,还可以减少应力集中、降低成本、提高生产效率。     

内燃机曲柄连杆机构的建模与仿真分析

对内燃机曲柄连杆机构的工作性能进行仿真分析是该产品设计过程中的重要组成部分。运用机械系统仿真软件ADAMS,建立了曲轴、飞轮、连杆、活塞在内的虚拟样机模型,之后将曲轴视为柔性体,利用PRO/E建立曲轴的三维实体模型,导入ANSYS进行模态分析,生成中性文件,再导入ADAMS中生成曲轴的柔性体模型来替换刚体模型,构造刚柔混合体模型,通过对模型的多体动力学仿真,得到曲轴连杆和活塞的运动特性曲线,为以后内燃机的优化设计及疲劳分析提供参考。     

海洋平台KK型管节点的疲劳性能试验研究

以某自升式海洋平台为研究对象,进行了空间KK型管节点在轴力作用下的疲劳性能的试验研究.通过对管节点模型的试验测试,得到了KK节点在轴力作用下沿着焊缝周围的热应力区内的热点应力分布及节点的应力集中系数,并采用S-N曲线法对KK型管节点的疲劳寿命进行估算.通过对比分析,指出了试验方法与规范计算方法在管节点疲劳性能分析上的差异性.     

空气悬架车辆车身高度PID控制的仿真研究

以空气悬架车辆为研究对象,通过拉格朗日方程方法建立其多刚体模型,采用PID和PD控制策略,对阶跃输入下的车身高度响应进行了仿真计算和对比分析。计算结果表明,由车辆多刚体模型和PD控制策略组成的电控空气悬架系统,在实现车身高度控制时改善了车辆的乘坐舒适性。     

正交异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳性能

为了揭示正交异性钢桥面板弧形切口母材的开裂机理, 采用有限元程序ANSYS建立钢箱梁节段模型与钢桥面板单元子模型, 为确保计算的精确性, 进行了网格无关性检查, 分析了弧形切口疲劳细节在移动轮载作用下的应力响应特征, 分别采用热点应力法与名义应力法评估了弧形切口细节的疲劳性能, 并研究了横隔板厚度与切口形状对构造细节应力的影响。研究结果表明: 弧形切口细节应力影响线长度在纵桥向为横隔板间距的2倍, 因而可用疲劳车的中轴组单独加载, 根据AASHTO LRFD, 1辆5轴疲劳车会在该构造细节上产生2或3个应力循环; 弧形切口在纵、横桥向的最不利荷载位置分别为轮载中心作用于纵肋腹板与面板交界处和中轴前轮作用于距横隔板0.3m处; 弧形切口边缘应力集中点的应力方向与水平面的倾角为67.2°; 疲劳评估结果与名义应力提取位置密切相关, 可采用热点应力法并基于FAT125的疲劳寿命曲线进行弧形切口的疲劳评价, 也可根据疲劳等效原则提取距切口边缘5mm处的应力, 并基于名义应力法开展疲劳评价; 建议采用Eurocode 3中圆弧半径较大的公路桥梁切口形状, 其热点应力与研究的切口形状相比降低了12.4%, 且当横隔板厚度不小于12mm时, 弧形切口细节的应力幅小于截止应力幅, 为无限疲劳寿命; 横隔板弧形切口的开裂与切口形状不佳、横隔板厚度偏小、制造工艺不完善以及货车通行量大等因素密切相关。      

铁路货车车体线路动态响应仿真与验证

针对大系统仿真分析方法与试验结果出现偏差问题,基于实际线路测试数据,以车体子系统为仿真对象,辅助于模拟台架的试验数据,建立了26个自由度的多体仿真模型,实现了车体线路动态响应的仿真计算. 结果表明:摇枕垂、横向加速度响应结果仿真与试验RMS （root mean square）误差最大值为9%. 在1.5～15.0 Hz主要频率段,车体枕梁垂、横向振动加速度的试验结果和仿真结果的RMS误差低于8.57%,车体关键焊缝仿真与试验的动应力响应波形基本一致. 通过与试验结果的对比验证,仿真结果基本反映了车体在实际线路运行时的动态响应情况.