基于热-结构耦合的机车整体式车轮疲劳强度分析

车辆紧急作用下,复杂机械和热载荷会造成车轮结构破坏失效,基于热-结构耦合理论及采用有限元数值仿真分析方法,分析其对整体式车轮结构的机械强度和疲劳强度的影响,并分析对比纯机械载荷和热-结构耦合载荷两种作用下对车轮结构强度的影响,采用单轴及多轴疲劳准则进行疲劳强度评估。结果表明:紧急制动20 s时,踏面温度达到最大151.8℃;制动热载荷是引起踏面及辐板等效应力增大的主要因素,热-结构耦合载荷比纯机械载荷辐板处产生的最大等效应力超出40%左右;多轴Dang_Van疲劳准则更适合应用于车轮辐板的评定,制动热负荷会造成局部结构疲劳强度波动较大,引起车轮的突然破坏。     

快捷货车车轮辐板疲劳强度研究

基于结构有限元法,分别按欧洲铁路和日本铁路提出的车轮机械设计载荷和载荷工况,对快捷货车车轮辐板的疲劳强度进行分析。计算结果表明车轮辐板疲劳性能满足无限寿命设计准则要求,其疲劳薄弱区域位于辐板内侧面与轮毂圆弧过渡部位。     

车轮辐板疲劳强度分析的工程方法

为了探讨评价车轮辐板疲劳强度的工程方法,文章在分析现有各种方法的基础上,通过理论分析和实际计算,提出了简明适用的辐板疲劳评定方法:在轴对称车轮的有限元分析中,只需对车轮任一径向截面进行加载计算,分析所有工况下最大和最小主应力方向的应力循环,就能够找出辐板的最大动应力,进而通过Haigh形式的Goodman疲劳曲线对辐板安全性进行判断。     

大轴重货车车轮热负荷下疲劳强度分析

随着车辆轴重的不断提高,车轮所承受的工作载荷显著增加,随之而来的车轮疲劳寿命下降将直接影响列车的安全运行。运用有限元分析软件ANSYS仿真分析长大坡道制动下车轮的温度场,根据国际铁路联盟标准UIC 510-5—2003确定计算载荷,计算了32.5 t轴重车轮在计算载荷工况下的应力场。将多轴应力状态转化为单轴应力状态,对车轮辐板进行疲劳强度评定。     

基于ANSYS的车轮参数化设计与疲劳后处理研究

为了快速设计及分析车轮的疲劳强度,基于VC++与APDL对车轮进行参数化设计,建立了友好的参数化设计界面;利用VC++与MATLAB混合编程法编制了专业的车轮疲劳后处理软件,程序的移植性好,可脱离MATLAB环境运行。根据UIC510-5标准对车轮进行了强度分析,利用4种多轴疲劳评定方法对车轮疲劳强度进行评定。比较研究表明,各种多轴疲劳方法评定的车轮辐板区域的安全系数分布趋势基本一致,最小安全系数存在一定差异,在车轮的疲劳强度评定中,认为UIC法应为最优选择。     

基于改进的Goodman曲线的车轮疲劳强度评估方法研究

传统的Haigh型式的Goodman曲线计算方法比较简单,疲劳评估结果往往不能完整反应车轮的疲劳状况。为了弥补Haigh型式的Goodman曲线法在计算车轮疲劳强度过程中的不足和提高车轮疲劳强度安全系数计算的准确性,在Haigh型式的Goodman曲线法的基础上进行改进,完善车轮疲劳的计算工况及计算方法,将安全系数作为疲劳评估的关键参数。以多个不同类型的车轮为对象,进行有限元仿真分析,并分别运用Haigh形式的Goodman曲线法、Crossland准则和改进的Goodman曲线法对车轮的幅板和辐板孔等关键位置进行疲劳强度计算与评估。对比计算结果表明:3种方法的计算结果趋势基本一致,在车轮的一些评估位置改进的Goodman曲线法计算的安全系数要小于Haigh型式的Goodman曲线方法的计算结果,说明改进的Goodman曲线计算方法更加安全有效。但是,对于非轴对称车轮的辐板孔等位置,仍必须使用Crossland准则评估疲劳强度,以保证车轮的运行安全。     

剪切型弹性车轮的刚度分析与强度校核

采用Yeoh橡胶本构模型建立了剪切型弹性车轮的非线性有限元模型,完成了剪切型弹性车轮的轴向与径向刚度计算,通过与试验结果对比,验证了该模型能较好地预测弹性车轮的刚度特性。同时考虑到弹性车轮各部件的结构与受力特点,分别采用单轴疲劳准则和Crossland多轴准则完成各部件的疲劳强度评估,得到各部件的疲劳安全系数。计算结果表明,弹性车轮轮箍、轮心与压环的疲劳强度能满足要求。     

热负荷对机车车轮疲劳强度影响研究

为了研究制动温升引起的热负荷对机车车轮疲劳强度的影响,现采用有限元法对紧急制动过程中车轮温度场和应力场的变化进行了仿真,并基于单轴疲劳理论对车轮的疲劳强度进行了分析.结果表明:热负荷引起踏面周向高达750MPa的动应力循环是诱发轮箍热疲劳的主要因素;轮芯某些区域的von Mises等效应力会升高50％,并且紧急制动可以致使轮芯的循环动应力幅值产生15％波动,从而增加了车轮发生疲劳破坏的几率.     

动车组车轮多轴疲劳强度分析及修正

国内外研究结构多轴疲劳强度理论与方法的文献较为多见,尤其是金属母材的疲劳评估准则与行业标准都相对成熟。但即使在同样载荷作用下的同样结构进行多轴疲劳评估,各种评估方法所得结果都会有一定的差异。分别用Sines准则、Crossland准则和Kakuno-Kawada准则对动车组车轮进行多轴疲劳强度计算,研究对比各种方法得出的安全系数的大小,得到安全性最高的疲劳强度评估方法。计算结果表明,Kakuno-Kawada准则相对于其他多轴疲劳评估准则安全系数最小,安全度最高。由于Kakuno-Kawada准则中参数只考虑扭转应力对车轮的影响,评估结果存在一定的局限性。对该方法进行了修正,将对称扭转疲劳极限t_(-1)与对称弯曲疲劳极限f_(-1)的比值作为限定条件,使修正后的Kakuno-Kawada准则更符合动车组车轮实际运行受力情况,安全系数小于原准则,说明改进的Kakuno-Kawada准则计算方法更加安全有效,有利于保证动车组车轮的运行安全。     

高速动车组焊接构架多轴疲劳强度评估

焊接构架作为高速动车组的关键承载部件,所受载荷复杂,采用传统的单轴疲劳评估方法确定其安全可靠性的方法过于保守。为更好的反映焊接构架在实际运营过程中所受的多轴应力状态,提高焊缝区的有限元分析结果精度,以某型高速动车组焊接构架为例,基于最大主应力法将多轴应力状态转化成为单轴应力,采用修正的Goodman-Smith极限图评定了构架的疲劳薄弱区。在此基础上,引入安全裕量参数,采用Crossland和Papadopoulos多轴疲劳准则对疲劳最薄弱的转臂定位座焊缝区进一步评定,分析结果表明,焊接构架安全系数均大于1,满足疲劳强度要求,且采用Papadopoulos准则所得结果较Crossland准则所得结果保守。     

840D车轮辐板孔裂纹成因的强度及疲劳分析

采用大型通用商业分析软件Abaqus及Ansys,计算840D车轮在典型工况下的应力分布。计算分析表明:在坡道制动、机械载荷和停车制动3种典型工况作用下车轮辐板孔外侧处于受压状态,内侧处于受拉状态,而且应力幅值较大,是疲劳薄弱点;坡道制动工况与机械载荷工况的组合作用,是车轮辐板孔边产生高应力的主要因素;在相同制动工况下,车轮辐板孔边应力随着轮辋厚度的减小而增大,随着辐板孔向轮辋偏移量增大而增大;机械载荷工况与坡道制动工况的组合作用是导致各种车轮辐板孔疲劳裂纹萌生的主要原因;机械载荷工况与停车制动工况的组合作用对车轮辐板孔边萌生疲劳裂纹的影响相对较小。     

铁路客车车体疲劳强度仿真研究

在铁道车辆车体疲劳强度评估的方法中,数值仿真分析具有高效性和经济性的特点。车体疲劳强度数值仿真分析主要涉及疲劳载荷工况选取、车体结构规范建模、应力评估准则建立。文章在综合分析已有的车体结构疲劳强度分析标准和材料疲劳强度评价标准的基础上,归纳总结出2种车体疲劳强度评估的数值仿真分析方法,并给出了模型有限元单元大小15~20 mm的建议值以及相应的应力评价准则。     

基于标准载荷工况与高频振动工况的高速动车组转向架构架疲劳强度对比分析

我国某型高速动车组运用维护数据统计分析显示,在特定运用条件下,车轮出现显著多边形磨耗。分析了高速动车组转向架的构架在不同运用工况下的疲劳强度。结果显示,在常规运用工况下,基于标准载荷的疲劳强度评估与实际运用情况较为吻合,但在车轮多边形磨耗导致的高频激扰作用下,构架疲劳等效应力显著高于基于标准的评估结果。基于既有标准的构架疲劳强度评估对模态应力的影响存在一定局限性。     

B型地铁转向架构架优化设计分析

某B型地铁转向架构架在运营过程中发生局部裂纹,对列车行驶安全性造成了严重影响。针对构架产生裂纹的部位和原因进行分析,并对构架进行优化设计,采用有限元方法对改进后构架的静强度和疲劳强度进行评定,评定结果显示:根据第四强度理论,静强度下各工况结构均满足强度要求;基于DVS 1612标准的疲劳极限法,构架疲劳强度满足要求;基于BS 7608的疲劳累积损伤法,构架的电机吊座、制动托板和小纵梁疲劳强度不足,但焊缝经过打磨后能满足要求。     

简析热处理工艺、踏面旋修量对动车组车轮疲劳性能的影响

对轮辋淬火热处理过程中对流换热系数以及相变潜热的处理方法进行研究,结合CRH5250车轮轮辋的实测温度曲线计算了轮辋热处理过程的瞬态温度场、瞬态应力场以及热处理结束后车轮的残余应力场。分析了踏面旋修量对残余应力场的影响,分析了踏面旋修量与车轮疲劳性能之间的关系。分析结果表明残余应力和踏面旋修量对车轮疲劳性能有显著影响,设计阶段预先分析热处理工艺对车轮强度的影响,对于保障车轮运用安全可靠具有重要意义。     

空气弹簧气室压力对地铁车辆转向架焊接构架疲劳强度的影响

针对焊接构架侧梁内腔作为空气弹簧附加气室的地铁转向架,运用国际铁路联盟给出的Goodman-Smith疲劳极限法,以转向架焊接构架上盖板单边角焊缝、下盖板和内部加强筋板双边角焊缝为研究对象,在EN 13749标准的主要运营工况下,分析考虑空气弹簧气室压力交变作用对焊接构架侧梁角焊缝焊趾疲劳强度的影响。结果表明:考虑空气弹簧气室压力的交变作用时,上盖板单边角焊缝疲劳特性相比于不考虑空气弹簧气室压力的交变作用会明显恶化,而下盖板和内部加强筋板双边角焊缝疲劳特性变化不明显。因此,针对焊接构架侧梁角焊缝进行疲劳强度评估时,需要考虑空气弹簧气室压力的影响更为合理。     

单轴转向架焊接构架疲劳强度及模态分析

根据TB/T 2368-2005《动力转向架构架强度试验方法》,采用有限元方法对构架进行强度校核。针对单轴转向架的结构特点,设计了4种超常载荷工况来对构架做静强度评定;设计了9种运营载荷工况,利用Goodman疲劳极限图对构架的疲劳强度进行校核。最后对构架做了模态分析。结果表明构架的强度、刚度均满足车辆运行要求。     

KZ4A型机车车轮强度计算和轮对模态分析

采用有限元软件对KZ4A型交流传动电力机车的车轮静强度和疲劳强度进行计算,计算结果表明车轮强度满足要求。同时对轮对的模态进行了分析,得到了轮对的固有振动特性。