基于刚柔耦合系统的关键零部件动应力仿真和疲劳寿命计算

应用刚柔耦合系统动力学方法，将铁道车辆关键零部件如客车转向架构架、货车转向架交叉杆组成等作为柔性体，通过模态综合方法融合在车辆多体动力学模型中，再通过车辆动力学仿真分析，获得关键部件上危险点的动应力。根据整个寿命周期内车辆不同运用工况的组合，获得相应危险点上的动应力谱，最后应用疲劳损伤准则，进行疲劳寿命计算。作为算例，应用该方法对配装转K6型转向架的交叉杆组成进行了疲劳寿命评估。     

构架弹性振动对疲劳寿命影响研究

近年来国内地铁车辆转向架构架多次发生弹性振动问题,弹性振动对构架疲劳寿命的影响已引起高度关注。现对国内某型地铁车辆转向架构架动应力进行测试并对数据进行时域和频域分析,得到了构架上发生弹性振动测点的动应力特点;在建立构架有限元模型的基础上,计算了构架自由振动频率,结果表明构架实际线路运用中弹性振动频率与其某阶固有频率一致;对测试数据采用去除振动主频率的方法,得到去除弹性振动后测点的动应力时间历程及分布特性,结合雨流计数法、S-N曲线并应用Miner线性疲劳累计损伤理论,得到发生弹性振动和去除弹性振动情况下构架上不同部位测点的等效应力幅值及疲劳寿命,进而获得构架弹性振动对疲劳寿命影响特性。研究结果表明,发生弹性振动后,构架局部位置疲劳寿命将大幅下降,可降至原设计寿命的1/3。     

旁承刚度和阻尼对铁路罐车车辆性能的影响

通过对铁路罐车稳定性、曲线通过性能,以及在AAR标准点头、浮沉和扭转、侧滚等激扰线路作用下动力学性能的仿真计算,分析了旁承刚度和阻尼对罐车车辆动力学性能的影响。计算结果表明,在车辆回转阻力矩相近的情况下,旁承刚度对车辆稳定性的影响不明显;在扭转、侧滚激扰线路条件下,装用不同刚度旁承的车辆共振区域略有不同;总体上,采用设有阻尼的小刚度旁承对车辆运行性能有明显改善。     

轴箱垂向单向阻尼对车辆动力学性能的影响

利用SIMPACK仿真软件建立了某型客车的动力学模型,分析比较了车辆通过三角坑、随机不平顺激扰线路时,垂向单向阻尼减振器和双向阻尼减振器对车辆动力学性能的不同影响。分析结果表明,轴箱垂向单向阻尼能一定程度上降低转向架构架的高频振动,降低轮轨动力作用,车辆运行速度越高,效果越明显;但其对转向架和车体垂向振动加速度峰值、车辆运行平稳性指标影响较小。     

车轮扁疤对高速列车齿轮箱动态特性影响分析

在高速列车齿轮箱的动力学研究中,由于齿轮传动系统的结构特殊性,难以直接通过传感器测试得到其动态响应,为此通过仿真建立了包含齿轮传动系统和齿轮箱箱体有限元模型的整车动力学模型。根据齿轮传动系统参数和扁疤车轮参数,建立了齿轮箱内外激扰模型。对不同工况下的齿轮箱动态特性进行计算,结果表明:车轮扁疤对于高速列车齿轮传动系统的平稳啮合有恶劣影响,当扁疤激扰达到一定程度时,甚至会引起啮合脱离并造成冲击;箱体的不同位置由于其特征模态的不同而对扁疤激扰的敏感度不同,其中箱体底部和油位观察孔处的应力与扁疤长度正相关性较高,应力和变形较大,为危险区域;车轮扁疤对箱体动应力的影响比齿轮箱内部激扰大,相比箱体内部激扰,车轮扁疤对箱体裂纹的形成有更大影响。     

运用条件下城轨车辆转向架构架疲劳寿命研究

基于长期跟踪测试实际运用条件下的动应力与车辆运行状态数据,开展城轨车辆转向架构架疲劳可靠度和疲劳损伤快速累积原因研究。采用可靠性理论与覆盖多种运用工况的疲劳寿命子样,建立构架的疲劳可靠性研究模型,得到构架疲劳控制部位高可靠度的运用寿命,与实际运用情况相符。可靠度模型为优化检修周期结构、制定构架检修提供了数据基础。数据分割后显示不同区间构架疲劳损伤区别显著。轨道波磨激发了构架高幅值和高频次的应力响应,造成构架疲劳损伤的快速累积;直线区间的轮轨激扰主要为轨缝冲击,对疲劳损伤的贡献不明显;车轮多边形的存在将对构架引入与速度直接关联的激扰并加剧构架疲劳损伤。     

轮对扁疤动态冲击激励对车辆垂向振动特性的影响

在轨道车辆高速运行过程中,由于紧急制动或者轮对打滑空转等原因造成的踏面局部擦伤和剥离统称为轮对扁疤。基于计算多体动力学和轮轨接触理论,建立了考虑扁疤冲击的动车组动力学模型,模拟车辆的动态响应特性。在该模型的基础上研究了高速列车轮对新旧扁疤以及几何尺寸对车辆系统动态行为的影响,给出不同速度下车体、构架、轴箱垂向振动等振动状况,确定高速行车条件下轮对扁疤对动力学性能的影响。结果表明:轮对扁疤对高速动车组轮轨接触及轴箱垂向激扰有着极大的影响,在轮对扁疤作用下,轮轨冲击和轴箱振动情况比正常轮对情况要严重得多;另一方面由于一系钢簧和二系空气弹簧低频滤波作用的存在,削弱了扁疤振动激扰对构架和车体的影响。     

CZ200型单轨转向架构架结构强度分析

以重庆轻轨3号线跨坐式单轨交通作业车辆转向架构架为研究对象,建立其有限元离散模型。参照国内跨坐式单轨车辆相关设计标准确定转向架构架的载荷条件,利用有限元软件对构架进行静强度和模态计算,验证构架结构设计的合理性;根据车辆试验运行时采集的各测点动应力值,采用Goodman疲劳极限图进行构架疲劳强度校核,所有测点应力值均被包络在所用材料的疲劳强度极限图内。仿真和试验结果表明,该转向架构架结构设计合理,能够满足相关静强度和疲劳强度设计要求。     

基于子结构法的车辆系统刚柔混合动力学建模方法研究

为了考虑构架弹性对车辆系统动力学性能的影响,在动力学建模时需将构架刚体替换为柔体.而采用构架全自由度结构有限元模型,由于自由度数目太大,导致动力学分析难以进行.因此,采用子结构法首先对构架有限元模型自由度进行Guyan缩减,提取主自由度模态分析结果用来生成柔性体替换动力学模型中的刚性构架.算例表明,基于子结构法的刚柔混合车辆系统动力学建模方法是可行的.     

考虑车体和构架的弹性对构架动载荷、动应力及疲劳损伤的影响

以装用无摇枕结构转向架的车辆为例，建立了将车体和构架分别考虑成弹性体或者刚性体的4种动力学分析模型，进行了多个速度级下的动力学分析、构架的动应力响应分析和疲劳损伤分析，给出了对比分析结果，并根据分析结果对车辆动力学建模问题提出了建议。     

柔性构架的动应力仿真

采用有限元软件ANSYS建立了CW200型转向架构架的柔性体模型，在此基础上，利用动力学软件SIMPACK建立，完整的CW-200型客车系统动力学模型，通过时域积分，计算出系统结构的振动响应和各项动力学指标，把构架动态载荷重新引入ANSYS中后得到构架各部位的应力分布云图以及关键部位的动态应力-时间历程。本文的研究方法不仅实现了有限元计算与多体动力学分析之间的有效结合，而且完成了多体系统动力学研究中刚体与柔性体之间的耦合，是构架设计新方法的尝试。     

基于虚拟样机技术的机车车辆结构疲劳寿命仿真

提出一种多体系统仿真和有限元分析相互结合进行虚拟样机疲劳寿命预测的方法.该法用于处理随机动载荷作用下转向架构架的疲劳设计.作用在复杂结构上的时变动载荷历程可以通过应用多体系统分析软件SIMPACK的多体仿真技术获得.在ANSYS中利用单位载荷作用下的准静态应力/应变分析技术计算结构危险节点应力及关键区域.模态分析技术用来获得结构固有频率和模态振型.基于危险应力状态(包括单轴,成比例和非比例多轴)、动载荷时间历程以及Palmigren-Miner损伤理论.最后利用FE-FATIGUE软件的安全强度因子分析法进行标准时域的结构疲劳寿命预测,其中包括应力应变的循环计数,损伤预测和最终寿命估计.     

保证SS7D机车转向架悬挂臂及安装座可靠性的探索

阐述了动应力测试在机车转向架安全评估方面的重要性,根据SS7D电力机车转向架的重要部件动应力测试和有限元计算结果,对转向架悬挂臂及安装座结构进行优化,确保运行安全可靠。     

悬挂式单轨列车曲线通过性能分析

曲线通过性能分析是转向架设计的基础之一。使用多体系统动力学软件建立悬挂式单轨列车-轨道系统60自由度动力学模型,模型考虑轮胎-轨道接触非线性,空气弹簧和抗横摆减震器弹簧非线性。模拟悬挂式单轨列车通过曲线轨道时导向轮与轨道间法向接触力的动态变化过程,研究了空气弹簧水平刚度和轨距变化对转向架曲线通过性能的影响。结果表明:悬挂式单轨列车转向架具有不同于传统轨道车辆的曲线通过形态;空气弹簧水平刚度对转向架的曲线通过形态和导向轮法向接触力有显著的影响,水平刚度为0.01 MN/m时,相较于水平刚度0.1 MN/m,最大导向轮轨法向接触力可减小63.2%;轨距变化对转向架的曲线通过性能影响不明显,减小空气弹簧水平刚度可改善转向架的曲线通过性能。     

跨坐式单轨车辅助导向装置的导向效果分析

文章介绍了INNOVIA 300型跨坐式单轨车辅助导向装置的主要结构及作用原理,采用多体动力学UM软件建立带有辅助导向装置的跨坐式单轨车的动力学仿真模型,分析了跨坐式单轨车曲线通过的转向架回转角、导向轮和走行轮受力情况。仿真结果说明,辅助导向装置明显地减小了转向架在曲线上的冲角、导向轮径向力和走行轮侧偏力,有效地改善了转向架曲线通过时的导向性能。     

地铁车辆转向架构架的强度试验

简要介绍了上海轨道交通1、2号线车辆转向架构架裂纹的整改方案及进行静强度和疲劳强度试验的方法。以线路运营试验检测到的载荷数据为基础,综合考虑构架裂纹的部位和各种影响因素确定了本试验的试验载荷,提出了试验结果的评定标准,并对试验结果进行了分析。试验证明,通过对构架的裂纹处采取补强措施,可改善构架的应力分布,提高构造强度。     

高速铁路无砟轨道路基填料动力试验荷载分析

为获得高速铁路无砟轨道路基填料的动力试验参数,建立无砟轨道-路基系统三维有限元数值模型,模拟8辆编组的动车运行过程,结合实测数据分析轨道不平顺、列车速度、轴重、深度等因素对竖向动应力的影响。结果表明:路基动应力的一次加卸载过程,由同一转向架的两对轮载或相邻转向架的两对轮载共同完成;车速对动应力幅值影响较小,但引起路基承受荷载的作用频率呈线性增大;列车车轴重每增加10 kN,路基表面的动应力增加约0.97 kPa;无砟轨道路基承受荷载的作用频率为车长频率的1~4倍,且轨道不平顺没有改变荷载主频。依据动应力时程曲线特征及其频谱特征,采用全压正弦函数建立路基填料动力试验荷载表达式,加载频率可取车长频率的1~3倍。     

基于动应力试验的转向架构架疲劳寿命预测

对某地铁车辆转向架的构架进行了在线动应力试验,通过试验得到了实测的应力—时间历程,根据疲劳危险点的选取原则选出几个疲劳危险测点对其进行评估,然后运用雨流法对疲劳危险测点的应力—时间历程进行循环计数后编制出二维应力谱,最后结合存活率为95%的16Mn钢试样疲劳P-S-N曲线,应用Miner线性疲劳累积损伤理论对该地铁转向架构架进行了疲劳寿命的预测。     

SS7E型电力机车转向架构架可靠性研究

分析了SS7E型电力机车转向架构架的结构及其受力,并结合疲劳试验和实际运用情况,运用ANSYS有限元软件对构架进行可靠性和安全性研究。4年多的实际运用和动应力测试表明构架可靠性满足设计要求。     

轨道不平顺激励下铝合金地铁车体振动分析

轻量化地铁车辆多为以型材铆焊成型的铝合金车体结构,必须具有良好的振动特性,以保证旅客的乘坐舒适性。轨道随机不平顺是引起车辆强迫振动的主要原因,有必要分析轨道不平顺激励下铝合金地铁车辆车体的振动响应,为车体优化设计提供理论参考。详细分析了铝合金A型地铁车辆车体结构特点,经过合理简化几何模型,建立了符合车体结构力学特性的白车身有限元模型。以德国高干扰线路作为激励源,运用多体系统动力学分析软件ADMAS/Rail建立了铝合金地铁动车系统动力学分析模型并计算获得车体在转向架支撑处的动载荷。将所求动载荷施加于车体相应位置,在ANSYS软件中进行车体谐响应分析,计算了车体在轨道不平顺激励下的振动响应。结果显示,车体振动最大峰值频率与车体一阶扭转和一阶弯曲模态频率基本一致。