高速列车轴箱弹簧载荷特性与疲劳损伤

以某型高速列车轴箱弹簧为研究对象, 通过载荷标定方法制作了弹簧载荷测试传感器, 安装于动力转向架, 通过在线路测试得到了轴箱弹簧载荷时间历程; 结合车载陀螺仪信号, 分析了启动牵引、制动停车、高低速直线、进出坡道、曲线通过等典型工况下的轴箱弹簧载荷特性; 根据轴箱弹簧载荷的变化特点, 将测试载荷分解为趋势载荷和动态载荷, 并在统计基础上给出轴箱弹簧一定运用里程下的载荷谱, 确定了载荷幅值与载荷作用频次的对应关系, 根据损伤一致性准则, 分析了载荷谱各级载荷造成的损伤比重与轴箱弹簧疲劳损伤随列车运行速度增大的变化规律。分析结果表明: 轴箱弹簧载荷与应变呈线性关系, 其传递系数为9.45×10-5 kN-1; 与非动力侧轴箱弹簧相比, 动力侧轴箱弹簧载荷幅值变化受电机扭矩载荷的影响较大, 在列车启动阶段, 电机输出扭矩达到最大值, 动力侧与非动力侧轴箱弹簧的载荷分别为-7.42、1.26 kN; 列车速度由240 km·h-1增大至350 km·h-1时, 轴箱弹簧趋势载荷由-0.6 kN变化至-2.0 kN, 最大动态载荷由1.53 kN增大至1.86 kN, 增大了22%;动力侧轴箱弹簧在列车低速、高速运行时所产生的疲劳损伤比重分别为0.79、0.75;列车运行速度提高会使轴箱弹簧高幅值载荷产生的疲劳损伤比重略有降低, 这与非动力侧疲劳损伤比重分布特点相吻合; 动力侧和非动力侧轴箱弹簧疲劳损伤随着列车运行速度增大均呈现出先减小后增大的变化趋势, 在列车速度为300 km·h-1附近时达到最小疲劳损伤, 动力侧与非动力侧轴箱弹簧的疲劳损伤分别为0.110、0.004。      

列车制动试验台电惯量模拟范围研究

利用电模拟惯量转矩控制模型,在制动力矩-电模拟惯量二元函数关系基础上,分析了电模拟惯量的大小范围与制动力矩、电机转矩的关系,并探讨了制动力矩及电机输出转矩对正、负惯量的模拟范围的影响.提出了针对实际的列车制动过程的转速-制动力矩-电模拟惯量三元关系,根据实际试验台参数进行计算,得到三维电惯量模拟范围,从而实现了列车制动试验台惯量模拟范围的确定.由三维电惯量模拟范围可知,在不同的制动力矩及转速条件下,列车制动试验台电惯量模拟范围不同,并且存在惯量模拟的极小值点.三维电惯量模拟范围对于评价制动试验台模拟实际列车载荷的能力具有重要意义.     

惯性载荷作用下结构应力法焊接结构抗疲劳性能研究

基于结构应力法计算了焊缝的等效结构应力和累积损伤比,对这两种焊接形式在惯性载荷作用下的疲劳特性进行了分析.分析了采用名义应力法和等效结构应力法对有限元网格尺寸的敏感性,验证了采用等效结构应力法对网格尺寸不敏感;分析了焊缝类型、承载方向及焊接板厚度对结构疲劳寿命的影响.结果表明,当载荷方向垂直于焊线且垂直板所在平面时,焊缝的寿命最低,且对接焊缝比角焊缝更易发生破坏;在三个方向惯性载荷共同作用下,角焊缝的疲劳寿命要比对接焊缝疲劳寿命长;在保证焊趾两侧刚度协调的前提下,同时增加两个焊接板件厚度可以提高焊缝的疲劳寿命,只增加或者减少一个板件厚度,都会导致焊缝疲劳寿命降低,尤其是角焊缝.     

基于虚拟迭代技术的中型货车驾驶室载荷谱的求取

某货车驾驶室疲劳载荷激励输入位置位于驾驶室与悬置连接处,在进行整车强化道路耐久试验时无法安装设备直接采集。为获取较为准确的驾驶室疲劳寿命分析载荷谱,对强化耐久路面下整车加速度响应信号进行虚拟迭代。虚拟迭代时需调用整车多体动力学模型,为提高整车模型精度,基于Craig-Bampton综合模态理论生成柔性体车架,建立刚柔耦合的整车多体动力学模型。将Femfat-lab与ADAMS/Car进行联合仿真计算,以白噪声为初始输入,求解刚柔耦合整车多体动力学模型的非线性传递函数,基于循环迭代原理,进行各种典型强化路况下驾驶室悬置附近加速度响应信号的虚拟迭代。利用时域信号对比法及损伤阈值法作为迭代收敛判据,获得满足精度需求的位移驱动信号。将位移驱动信号导入到ADAMS/Car中,对整车多体动力学模型进行驱动仿真,提取驾驶室疲劳分析所需激励载荷谱,将虚拟迭代求得的载荷谱用于疲劳寿命分析所得结果与驾驶室疲劳强化台架试验结果进行对比。研究结果表明：出现疲劳破坏的部位相同度达75%,疲劳寿命误差在20%左右,表明虚拟迭代过程中基于柔性体车架建立的刚柔耦合多体动力学模型的仿真计算,可获得较高精度的迭代结果;以位移谱驱动整车多体动力学模型进行仿真能够有效避免六分力直接驱动时模型翻转等不稳定现象,并且整车模型仿真加速度响应结果与实测相应位置加速度响应吻合度较高;相比于传统的疲劳分析载荷获取方法,虚拟迭代技术可以在较低试验成本的情况下获取较高精度的载荷谱,并能够提取由于连接位置导致的无法直接进行载荷测量部位的疲劳分析载荷。     

高速列车齿轮箱应力响应与疲劳损伤评估

进行了高速列车线路试验, 研究了GPS信号与齿轮箱结构的受力特点, 获取了扭矩载荷和振动载荷作用下齿轮箱的应力时间历程曲线, 分析了在扭矩载荷、振动载荷作用下齿轮箱的应力响应特性, 并编制了应力谱, 利用疲劳损伤影响参数来反映扭矩载荷和振动载荷对齿轮箱疲劳损伤的影响程度。研究结果表明: 在扭矩载荷作用下, 列车牵引与制动的交替变化会使齿轮箱产生较大的应力响应, 最大应力幅值为25.80MPa; 在制动工况下, 齿轮箱应力呈阶梯形变化; 列车低速运行时齿轮箱吊杆座端部的高应力幅值频次大于高速阶段, 结构疲劳损伤影响参数由0.20减小到0.08, 减小了60.0%。在振动载荷作用下, 列车运行速度由350km·h-1减小到200km·h-1时, 齿轮箱吊杆座端部的应力响应强度由2.08MPa减小到0.97MPa, 降低了53.4%;在同一速度等级下, 列车头部齿轮箱的应力幅值低于列车尾部; 列车由牵引状态转变为惰性运行时, 齿轮箱的应力响应强度由3.4MPa减小到1.0MPa, 降低了70.6%;列车由低速运行转为高速运行时, 齿轮箱端部疲劳损伤影响参数由0.009增大到0.260, 增大了27.9倍。      

基于等效静载荷法的挤压铝门槛梁非线性结构优化

针对侧面柱碰撞工况下的挤压铝门槛梁截面正向设计问题,分析了基于等效静载荷（ESL）原理的非线性优化技术和传统优化技术的优缺点。研究显示：概念设计阶段基于等效静载荷法的非线性拓扑优化技术相比传统的线性拓扑优化技术,能得到更加贴近碰撞安全结构变形策略要求的拓扑路径;详细设计阶段,基于等效静载荷法的非线性料厚优化技术,在优化效率和优化方案性能方面都优于传统的近似模型数值优化技术。     

滚装船在波浪中横摇时船上滑动重载荷的同步效应

滚装船中车辆等重载荷由于固定装置失效而随船摇荡作自由滑动时,往往由于反复碰撞致使在甲板上作自由滑动的重载荷随着时间增多.由于波浪和内部滑动车辆共同作用,使滚装船的横摇加剧.这是许多滚装船发生倾覆的重要原因之一.本文对由滚装船和两辆滑动车辆组成的浮基多体系统,取滚装船的横摇角和两辆自由滑动车辆在甲板上的横向位移为此系统的三个自由度,运用多体系统动力学方法,建立了系统的动力学方程.以某型海峡滚装渡轮为例,对在两辆车自由滑动和波浪共同作用下的滚装船浮基多体系统的横摇响应和车辆位移响应进行了数值计算,得出了多个自由滑动的重载荷因相互碰撞在舷侧舱壁的约束下随着时间的延长其运动将趋于同步的结论.     

测试应力腐蚀临界应力强度因子的新方法

应力腐蚀临界应力强度因子的测试方法是基于线弹性继裂力学理论和应力腐蚀理论提出的一种新的测试方法。该方法采用精密电子元件测试所需应力值,并利用显微镜测得的直径,通过计算便可获得应力腐蚀临界应力强度因子值。实践表明：该方法具有操作简单、应用灵活、成本低等优点。     

半潜式超大型浮体的多刚体试验研究

超大型浮体作为人类开发海洋的前沿基地,正在成为世界各国海洋工程界研究的一个热点.由于超大型浮体尺度巨大,因此它必定会采用模块化结构,由几种基本的模块在海上加以拼装,连接而成.因此,采用何种形式的连接器已成为超大型海洋浮式结构物设计过程中的一大关键技术问题.本文主要介绍了国内首次进行的半潜式超大型浮体的多刚体试验,在试验中采用刚性模块、柔性连接形式,对各模块的相对运动以及模块与模块之间连接器载荷的动力响应特性进行了研究.     

集中载荷作用下四直边上任意点支承矩形板的弯曲

应用叠加法求解了在集中载荷作用下四直边上任意点支承矩形板的弯曲问题,给出了该问题的解析解及其可供工程实际应用的数值图表。