寒区隧道衬砌结构可靠性分析

为了研究寒区隧道在运营阶段衬砌结构的可靠性,考虑到冻胀力、围岩压力和结构自重应力对围岩衬砌结构的影响,以昆仑山寒区隧道工程为背景,采用ANSYS中的PDS(概率设计)模块和蒙特卡洛拉丁超立方抽样方法,对影响寒区隧道衬砌结构可靠性的主要因素以及保证隧道结构安全的可靠性指标进行研究。结果表明:基于ANSYS数值模拟,通过研究冻土围岩温度场和应力场的耦合结果,得到冻胀对衬砌结构产生的最不利的位置;以概率论和数理统计相结合的方式,对衬砌结构最不利位置的可靠性进行定性和定量的分析,得到衬砌结构的可靠性指标;蒙特卡洛法中的拉丁超立方抽样提高了抽样概率的精确性,概率设计的敏感性和设计变量之间的散点图分析,有利于确定影响衬砌结构可靠性的主控因素,进而针对可控因素采取措施,以此提高衬砌结构的可靠性。     

基于故障树分析法的接触网可靠性分析

针对接触网可靠性研究的不全面,基于故障树分析方法,对接触网系统的可靠性进行分析和研究。通过建立接触网失效故障树,对导致接触网失效的故障进行了定性以及定量分析。定性分析找出了导致接触网失效的所有故障组合;定量分析找出了容易导致接触网失效的故障类型,根据定性定量分析得到的结果,提出了有效提高接触网可靠性的相应建议,为接触网系统的设计、维修以及检测提供科学依据。     

铁道车辆转向架构架可靠性参数灵敏度分析

运用概率分析方法建立某转向架构架的参数化有限元模型。选取构架的材料属性、几何参数和载荷等作为随机变量,通过统计分析得到其分布参数。用构架母材和焊缝部位疲劳薄弱处的最大主应力和其许用疲劳强度建立疲劳强度可靠性失效状态函数。基于蒙特卡罗数值模拟方法,计算转向架构架的可靠度及参数灵敏度。分析结果表明:在所选择的随机变量中,空气弹簧部位的载荷变量和材料的许用疲劳强度变量对构架的疲劳强度可靠性影响较灵敏,而板厚变量和局部的载荷变量对构架的疲劳强度可靠性影响不显著。提出了转向架构架可靠性优化设计的建议。     

高速列车车体的灵敏度分析及轻量化设计

针对某高速列车铝合金车体,在静强度及模态特性的有限元分析基础上,分析车体关键部位应力及位移指标对车顶、上边梁、侧墙和底板等主要型材结构的厚度变化的灵敏度,并对灵敏度结果进行分析。基于灵敏度分析结果,确定以车顶、上边梁以及侧墙厚度为设计变量的车体轻量化模型,并进行优化设计。优化后的车体结构减重6.64%,且车体强度、刚度以及模态频率等指标均满足设计要求,达到良好的轻量化效果。     

基于相对灵敏度分析的高速列车车体结构优化

针对某高速列车铝合金车体,对其进行静、动态特性的有限元分析,结果表明整备状态下的车体一阶垂弯频率较低。以提高车体的一阶垂弯频率为目的,利用灵敏度分析方法,计算车体的一阶垂弯频率灵敏度,质量灵敏度以及相对灵敏度。基于相对灵敏度的分析结果,确定对模态频率变化敏感的结构区域,并选取以车顶、边梁、端墙及底板等型材的厚度为设计变量的优化模型进行结构优化。优化后的车体一阶垂弯频率提升5.5%,达到11.14Hz,有效地提高了车体的动态刚度。     

CRH_2型动车组用YC216连接器可靠性分析

在高速列车运行中的连接器需确保接触可靠性、端接可靠性和连接可靠性,通过3种可靠性的分析,建立了过程失效模型,重点阐述提高连接器固有可靠性的途径。化解各失效模型,降低失效概率。     

基于响应面法的三轴转向架构架抗疲劳可靠性优化

以三轴转向架构架为研究对象,对其进行了结构强度与关键焊缝疲劳寿命可靠性分析,在此基础上以主要壁板厚度为变量,考虑强度和疲劳寿命可靠度约束建立转向架构架抗疲劳轻量化模型,并采用缩小空间响应面近似优化法进行求解。优化后构架减重约4.3%,将不确定性因素考虑进结构优化过程中,优化结果更加合理。     

IGBT模块功率循环能力与可靠性试验

为验证IGBT模块的可靠性,分析了IGBT模块的封装结构,并在传统IGBT模块功率循环试验的基础上建立新的模型,通过具体的试验得到IGBT模块功率循环后失效状况,并对该状况进行分析。相对传统IGBT寿命预测和可靠性评估,该功率循环的新方法更加贴合实际应用工况,对IGBT失效分析具有借鉴作用。     

基于故障树法的城市轨道交通牵引供电接触网可靠性分析

分析了城市轨道交通牵引供电系统柔性及刚性接触网各自的特点、常见故障及差异,运用故障树分析法对两种接触网的可靠性进行研究。分别建立故障树失效模型,并作定性分析后找出导致接触网失效的最小割集,再通过定量分析得到顶事件的不可靠度和各底事件的结构重要度、概率重要度,然后进行排序后找到最易导致接触网整体失效的故障类型。分析结果表明,刚性接触网在可靠性上优于柔性接触网。这为接触网系统的可靠性评估提供了科学依据和手段。     

天兴洲公铁两用长江大桥的失效树分析

为研究天兴洲公铁两用长江大桥设计方案的可靠性,运用Ansys软件建立大桥的有限元模型,在成桥状态基础上,分析、计算和比较活载的荷载工况,依照铁路桥梁钢结构设计规范计算各工况下杆件的应力,从而得到最危险的荷载工况;以最小荷载增量准则为失效分析理论,利用Ansys的APDL参数化设计语言进行后处理,生成大桥前五级失效历程的失效树。分析结果表明:该大桥设计方案可靠性较高;某些关键杆件对桥梁的可靠性尤其重要,加强这些杆件能高效提高设计方案的可靠性;Ansys软件的APDL参数化设计语言对复杂结构的建模和数据处理尤为方便。     

基于IDEPSO-SS的多工况转向架构架可靠性分析

基于子集模拟(Subset Simulation,SS)方法求解结构失效概率,再采用改进差分进化粒子群算法(IDEPSO)优化每层样本个数和初始条件概率,以获得单工况下结构最优失效概率,并结合几何分析确定联合失效概率,计算多工况下结构失效概率,确定最优失效次序。以某型转向架构架为研究对象,先采用SS方法建立构架各工况下每层样本个数和初始条件概率关于结构失效概率的响应面代理模型;再采用IDEPSO算法计算各工况下每层样本个数和初始条件概率的最优值,计算构架单工况下最优失效概率;最后,采用几何分析确定多工况下的联合失效概率,并结合二阶窄边界法和最优准则获得构架多工况下最优可靠度和最优失效次序。结果表明:基于IDEPSO-SS获得的单工况构架最优失效概率,在保证计算精度的同时,较传统方法计算效率提高了96%;最优失效次序下构架的多工况失效概率高于传统方法,提高了多工况转向架构架可靠性分析的准确性。     

移动式架车机结构设计及有限元分析

针对列车车辆检修时架车机同步作业工况,建立架车机托架的力学模型,推导出架车机受力计算公式,获得架车机托架的力学性能与结构系数的关系。根据力学模型并利用有限元仿真分析方法,对架车机的托架和机架结构的强度和刚度进行分析。结果表明:托架应力集中发生在垫块与侧板、托头与侧板接触的位置,机架受到弯矩作用产生的变形随着托架起升逐渐增大。本文提出的方法和获取的计算数据可为架车机结构设计的优化提供理论依据。     

以可靠性为中心的机车车辆结构全生命周期安全管理体系

从结构系统安全可靠性出发,运用产品全生命周期管理理论,针对机车车辆全生命周期的设计、制造、运用和维修、报废四个阶段,提出建立机车车辆全生命周期结构安全管理体系的思路、主要内容及其体系框架。思路是:始终以可靠性为中心,在各个生命阶段实行全面安全可靠性管理,采用协同管理模式,通过产品全息数字模型进行信息交流、反馈和故障分析,提高设计、制造、运用和维护的可靠性水平,从而加强机车车辆产品运用中的安全可靠性,降低生产成本,加速开发周期。主要内容有:结构可靠性设计、制造质量可靠性控制与分析、运用和维修的可靠性管理、报废管理的可靠性寿命评价。根据其主要内容给出体系框架。机车车辆全生命周期安全管理体系的关键技术包括:基于安全管理的机车车辆数字模型,统一完整的可靠性数据库及信息管理系统,全面科学的车辆安全评价与管理体系。     

铁路货车可靠性试验方法及评价标准的研究

在中国铁道科学研究院环行试验基地进行的历时5年的提速货车120 km.h-1可靠性试验的基础上,结合运营线试验分析,提出铁路货车可靠性试验方法:参试车辆应具有代表性;试验线路应具有典型性,并设置一定的线路不平顺;试验里程为1至2个段修期;最高运行速度的试验里程不应低于总里程的60%。在分析测试结果、故障分布及车辆可靠性指标和铁路货车关键部件的疲劳特性的基础上,依据故障的严重程度和对车辆维修的影响,对故障进行分类与加权,计算货车的平均无故障时间和故障率,并进行评价;将落车时实测的静应力与运行中测得的动应力叠加并用Goodman方程转换,得出以对称循环表征的疲劳等效应力,结合对称循环概率疲劳等效应力和部件细节对称循环的概率应力—寿命曲线,通过Miner线性累积损伤法实现转向架关键部件疲劳寿命的可靠性预测。     

随机载荷作用下铁路起重机伸缩臂模糊可靠性分析

箱形伸缩式吊臂的可靠性分析是铁路起重机设计中的重要部分。在载荷随机情况下,利用摄动随机有限元,结合板壳元,推导单元应力的均值和方差的计算公式,计算铁路救援起重机基本臂最大应力单元主应力的均值和方差,并与强度试验结果进行比较;在强度为随机变量的情况下,把结构从安全状态到失效状态的过渡性考虑成一模糊事件,采用线性隶属函数,计算了QTJS160铁路起重机伸缩式吊臂的模糊可靠度。计算结果表明,结构可靠性与载荷离差及相关系数有很大的关系;把载荷处理为随机载荷,把失效事件处理为模糊事件,符合实际情况。     

在役隧道结构多失效模式时变可靠性研究

隧道衬砌结构服役寿命期内的可靠性研究对隧道安全管理具有重要意义。对于混凝土衬砌而言,在服役过程中受到多种时变因素的共同作用,结构存在多种失效模式。为此,提出基于抗力衰减控制、最大裂缝宽度控制和混凝土碳化深度控制的多失效模式的服役隧道衬砌结构时变可靠度分析方法,采用概率故障树模型构建衬砌多失效模式系统可靠度分析模型,利用JC法计算结构的可靠度指标和失效概率,分析衬砌结构可靠度服役期内的变化规律和不同失效模式对可靠性的影响。将该方法进一步应用于某一病害隧道的可靠度分析中,结果表明:随着服役时间的不断增长,结构的可靠度指标不断降低,且多失效模式下的结构失效概率高于单一失效模式。拱顶处相比于其他位置失效概率较高,抗力衰减失效模式对结构可靠性影响最大。模型可以较为合理地反映结构的可靠度水平及变化规律,为衬砌结构可靠性评价提供一种科学合理的参考方法。     

重载电力机车车体结构设计及优化分析

文章分析了重载电力机车车体的结构设计技术及特点,对比了3种和谐型机车车体底架结构刚度参数及主要差异,计算分析了车体纵向断面的结构力流,进行了车体整体结构优化分析与对比,利用子模型进行局部结构应力的优化计算,深化了重载电力机车车体结构设计及优化技术。     

城轨车辆司机室端部主吸能结构优化设计

为了提高城轨车辆司机室端部主吸能结构的吸能性能,采用仿真分析的方法对底架端梁和吸能结构的板材厚度进行了优化设计。考虑优化部位对吸能量的影响,建立某城轨车辆司机室车与司机室车以相对速度25 km/h的正撞模型,通过碰撞分析计算得到了结构优化前后的吸能量及车体不发生压溃的最大撞击速度。研究结果表明:提高底架端梁结构的刚度,减小主吸能结构的板材厚度能够满足司机室端部吸能系统的顺序可控变形规律,其吸能性能也得到提升,为主吸能结构的优化设计提供了理论参考。     

某管棚盾构结构的优化设计研究

管棚盾构用于地下桥涵暗挖、顶进工程的掘进支护与导向。根据施工工期、场地条件、相关工程效果,某工程原管棚盾构方案必须进行优化。优化设计后,盾构顶板采用钢筋混凝土结构、伸出箱身前端3.8 m、在墙身位置设支撑墩,支撑墩为悬臂结构,其下净空便于出土,顶板梁前端预留顶部子盾构箱位置,盾构钢结构部分主要采用工字钢、槽钢和钢板制作。根据顶部盾构梁、支撑墩和顶部盾构的荷载计算、结构受力计算、配筋计算等计算结果,优化设计满足有关规范的受力和配筋要求,增加了安全储备,提高了工效,节约了成本,确保了安全质量。