基于流固耦合的风挡玻璃粘结强度分析

动车组司机室风挡玻璃在列车高速运行时承受复杂的气动载荷,为验证其结构的安全性,针对动车组风挡玻璃粘结结构,通过空气动力学分析,获得作用在风挡玻璃上的气动载荷.以此作为强度计算时的边界条件,进行流固耦合分析计算.计算结果表明,在外界气动载荷考虑了一定的安全系数后,风挡玻璃粘结结构的应力水平满足安全运用要求流固耦合的分析方...     

基于有限元法的电机车驱动轴疲劳寿命预测

以某电机车驱动轴为研究对象,通过Ansys软件建立其有限元模型,基于TB/T 2705-1996标准,对其进行静强度分析,获得轴的应力分布情况及结构薄弱区.在此基础上,利用Ansys通用后处理的疲劳分析模块,结合材料疲劳S-N曲线和Miner累积损伤法则,预测其疲劳寿命,从而为驱动轴的结构改进及优化设计提供有价值的参考依据.     

高速动车组盘形制动装置的CAD/CAE一体化设计初探

为提高盘形制动装置的设计效率,基于SolidWorks和ANSYS Workbench搭建高速动车组盘形制动CAD/CAE一体化设计平台.利用SolidWorks CAD模块进行盘形制动装置的结构设计,使用SolidWorks Motion模块进行盘形制动装置的机构运动仿真,将运动载荷引入SolidWorks Simulation模块进行结构强度校核,使用ANSYS Workbench进行制动盘热机耦合分析.算例分析表明:本文所建CAD/CAE一体化设计平台可以快速的验证配合关系,确定制动倍率,验证紧急制动距离和完成制动零件校验.     

基于子模型技术的转向架焊接构架疲劳评估

为提高高速动车组焊接构架复杂区域的有限元分析结果精度,降低求解规模和分析时间,利用子模型技术进行了焊接构架的疲劳评估.以某型动车组动力转向架焊接构架为研究对象,依据UIC 615-4和EN 13749标准中的载荷施加要求,采用有限元软件ABAQUS进行了运营工况不同载荷组合下的强度分析,并进行了焊缝处的疲劳强度分析,确定了焊接构架的疲劳薄弱区域.在此基础上,运用子模型技术将应力幅值最大的转臂定位座与下盖板角焊缝区域从构架整体中分离出来进行构架的疲劳评估,采用热点应力法得到该处的疲劳寿命为3.6×10~6次,满足IIW标准规定的2×10~6次,分析结果表明该构架疲劳寿命满足设计要求.     

考虑气动载荷的动车组铝合金司机室焊接接头应力因子分析

基于EN1999-1-3:2007和IIW-2008标准及EN15085-3标准,研究高速列车频繁地通过隧道时列车头部或尾部承受瞬间突变的气动载荷导致车体结构疲劳损伤的问题.基于上述标准的接头疲劳性能参数和疲劳评定方法及损伤等效原则,应用C#语言和ANSYS的APDL语言编写了高速动车组铝合金车体在BS EN12663标准的加速度疲劳载荷和气动疲劳载荷共同作用下,车体焊接接头应力因子的计算程序.在2×106次的0～4000 Pa气动载荷和107次的三方向加速度±0.15 g载荷共同作用下,利用某高速动车组头车车体结构有限元模型和自编计算程序对司机室焊接接头进行疲劳评估与应力因子分析.结果表明:主要由气动疲劳载荷引起的司机室焊接接头的累积损伤和应力因子均是IIW的计算结果大于EN 1999-1-3的计算结果;司机室立柱与边梁焊缝的累积损伤和应力因子最大,分别为0.753和0.987.建议高速动车组司机室焊接结构抗疲劳设计时应重点关注气动疲劳载荷.     

基于轮轴动应力测试的轮轨力识别与分析

以300 km/h高速动车组动力车轮轴动应力测试为基础,经过数据处理和分析,识别出切向轮轨力和横向轮轨力.针对轮轴结构受力及应力分布特点,通过Ansys软件进行有限元模型分析,找到车轮作用载荷与应变之间的关系,计算得到切向蠕滑率,并运用最小二乘法进行参数识别,初步分析得到切向轮轨力与切向蠕滑率之间的关系及切向蠕滑率与速度之间的关系.     

基于名义应力法的动车组车体净水箱吊装部件疲劳强度分析

针对高速运行动车组车体悬挂设备振动疲劳损伤问题,以某型动车组车顶净水箱吊装结构为研究对象,采用名义应力法对吊装结构的焊缝部位进行疲劳强度评估.根据EN 12663标准确定净水箱的工作载荷工况,采用有限元法计算了各工况下结构的振动响应,并基于BS标准计算了焊缝疲劳评估点的寿命.假定各载荷工况出现频率相同的情况下,构造了工作载荷历程,采用Fe-safe软件对焊缝的疲劳寿命进行了仿真分析.两种方法分析结果均表明:焊缝1与焊缝2寿命最低,是结构最易发生疲劳破坏的位置;焊缝位于筋板表面的焊趾寿命低于位于主支撑板表面的焊趾寿命.     

热力耦合作用下的滚动轴承寿命分析

针对承受热应力和结构应力共同作用的滚动轴承,推演了其热源产生机理和热应力计算过程,并且利用有限元软件Ansys建立了轴承单元分析模型.通过对热力耦合作用下轴承温度分布、应力分布和疲劳寿命特性进行分析,结果表明轴承内圈受温度变化影响最大,滚道导棱处容易发生应力集中,温度变化比轴承载荷对寿命影响更加显著.     

气动载荷下高速列车车体焊接结构疲劳寿命预测

随着列车速度的不断提高,列车与空气的相互作用成为一个备受关注的问题.从可靠性的要求出发,将数值模拟计算结果与试验结果进行了对比,验证了模拟计算的可靠性.在此基础上采用流固耦合技术实现了实际计算载荷与有限元模型的耦合.并对耦合后的某车体焊接结构应用焊缝疲劳寿命预测的新方法——主S-N曲线法,对关键焊缝进行了焊缝疲劳寿命预测.为车体焊接结构的进一步设计提供参考.     

高速动车组车轴动应力计算及可靠性分析

为研究高速动车组车轴的疲劳可靠性,基于TB/T 3352-2014不平顺轨道谱,利用UM建立整车刚柔耦合动力学模型,分析得到轮轨动力学响应,通过雨流计数法统计作用于轮轴上的8级载荷谱,结合ANSYS通过准静态法求得车轴动应力,利用Miner理论和修正的Paris公式计算出车轴疲劳寿命,最后基于三参数威布尔分布分析了不同可靠度下的车轴疲劳寿命.结果表明:轮座内侧圆弧过渡处最薄弱,可靠度为0. 9时,其寿命约为28. 84年.该方法将传统有限元强度分析方法和动力学仿真方法相结合,使分析结果更准确.     

内轴颈高铁车轴结构设计与强度分析方法

针对高速列车的轻量化设计需求，分析了内轴颈高铁车轴独特的内支承结构与承载特点，建立了内轴颈高铁车轴受力状态和结构强度理论分析模型，提出了内轴颈高铁车轴设计极限载荷和疲劳强度的解析计算方法；在此基础上，制定了基于理论分析、有限元方法和车辆系统动力学的内轴颈高铁车轴结构设计方法，并以17 t轴重的内轴颈高铁车轴为例开展了应用研究；基于内轴颈高铁车轴受力状态的理论分析结果，确定了车轴的临界安全截面和详细尺寸方案；建立了内轴颈高铁车轴的有限元模型，评估并校核了车轴的疲劳强度；建立了轴箱内置式高速动车的刚-柔耦合系统动力学仿真分析模型，验证了车辆的动力学性能和车轴的动荷载。分析结果表明:17 t轴重的新型内轴颈高铁车轴的质量为273.6 kg，比同轴重传统外轴颈高铁车轴的质量低约30%；内轴颈高铁车轴各截面疲劳强度的安全系数均大于1.66，临界安全截面转移至轴颈与轮座之间的卸荷槽及轴颈与轴身之间的过渡圆弧区域；采用内轴颈车轴的高速动车能够以350 km·h-1的速度稳定通过半径为5.5 km的曲线线路，主要动力学性能指标优良；在选定曲线通过工况下车轴所承受的动载荷均能被设计极限载荷包络，据此开展的车轴结构设计和强度分析是稳健的。可见，内轴颈高铁车轴在实现高速列车轻量化设计方面有显著的技术优势，且高速适应性较好，在高速列车领域的发展和应用潜力巨大。      

An Experimental Study on Bogie Frame of a High Speed Electrical Locomotive

For the dynamics of wheel/rail and car body, lightweighting of bogie frames is one of main concerns of designers. Lightweighting of the bogie frames may reduce the fatigue strength and life, especially in heavy haul and high-speed conditions. In this work, full-scale fatigue and fracture experiments are performed to meet the design requirements of bogie frame of a high-speed electrical locomotive. Multi-axial stress-states of some dangerous points are found both in service and numerical calculation. The Von-Mises equivalent stress criterion is used to evaluate the strength. Then crack initiation and propagation detected during the test are described. The reason why the crack growth rate may become slow in the weld structure of the bogie frame is explained using a residual stress concept. Miners accumulative damage rule and P-S-N curve are used to predict the life of the bogie frame under fatigue and fracture tests. The experimental approach and theoretical analysis give satisfactory results and design information.     

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。      

In-Situ Test on Fatigue Characteristics of Top-Mounted Dividable Pile-Board Subgrade for High-Speed Railway

To simulate the fatigue characteristics of the pile-board structure under long-term dynamic load, using the in-situ dynamic testing system DTS-1, the forced vibration loading was repeated one million times at different cross-sections of the pile-board structure for high-speed railway. The dynamic deformation, permanent deformation and dynamic stress of main reinforcements were measured. The test results show that the dynamic responses of the pile-board structure almost did not vary with the forced vibration...     

大轴重矿石车车体焊缝疲劳寿命分析

为研究重载货车车体焊缝疲劳寿命,以某大轴重矿石车车体为研究对象,在AAR标准静态载荷的作用下,对货车车体进行静强度分析与评价;在此模型的基础上,依据车体焊接工艺图,创建包括焊缝在内的矿石车车体疲劳寿命分析模型;在AAR标准动态载荷的作用下,应用等效结构应力法研究车体关切焊缝的结构应力分布规律以及疲劳寿命,并对寿命薄弱部位结构进行改进,改进后焊缝寿命明显提高．     

基于台架仿真模型的高速列车齿轮箱轴承动载荷获取方法

为获取高速列车齿轮箱轴承在服役振动环境下的动载荷，由动力学软件SIMPACK建立了某型高速列车齿轮箱台架仿真模型；基于谱修正的多点相干随机振动控制算法，通过虚拟激振器施加纵向、横向、垂向的轴箱实测加速度功率谱，再现了齿轮箱受到的多点相干线路激励；通过台架仿真模型获取了齿轮箱输入轴电机侧圆柱滚子轴承在服役振动环境下的轴承径向载荷、轴承中心轨迹和滚子与外圈滚道接触载荷。研究结果表明:通过谱修正控制算法，在优化速度指数为0.3，进行10次迭代后，轴箱的仿真与实测加速度功率谱相对误差趋于稳定，最大相对误差小于10%；不同的电机输入扭矩下，有无线路激励齿轮箱轴承动载荷表明，电机输入扭矩决定了齿轮箱轴承动载荷均值，而线路激励是齿轮箱轴承动载荷波动的主要原因；频谱分析显示，线路激励增大了轴承径向载荷在中低频带与齿轮啮合频率处的能量；同时线路激励增大了滚子与外圈滚道接触载荷，但是接触载荷的接触区和均值无明显变化；当无线路激励时，轴承中心轨迹沿齿轮的压力角振动，与垂直轴夹角为26°；线路激励使轴承中心轨迹波动范围更大、更随机，在方向上没有明显特征。可见，电机输入扭矩和线路激励是高速列车齿轮箱轴承动载荷的主要来源，台架仿真模型可为高速列车齿轮箱轴承动响应评估和载荷谱建立提供有价值的参考。      

高铁声屏障连接螺栓松弛对疲劳寿命的影响

螺栓的疲劳寿命和松弛寿命影响着螺栓的使用寿命，在疲劳和松弛的共同作用下，柱脚处连接不断退化，为探究高铁声屏障连接螺栓松弛对疲劳寿命的影响，以某速度为400 km/h高铁声屏障非对称排布和对称排布螺栓为研究对象，利用ANSYS建立柱脚螺栓有限元模型，通过降温法施加预紧力，并施加正负单位弯矩荷载，计算柱脚最不利螺栓在不同预紧力作用下的应力幅，提出了应力幅随预紧力变化的拟合关系式；利用Midas建立声屏障整体模型，分析列车在400 km/h行驶速度下结构动力响应特性，提取柱脚螺栓弯矩时程结果，对仅考虑疲劳失效的螺栓寿命和考虑松弛疲劳共同影响下的螺栓寿命进行比较.研究结果表明：螺栓松弛会使预紧力下降，导致两种柱脚模型的螺栓应力幅增大；在已有的柱脚螺栓时程计算中，考虑松弛疲劳共同影响下的疲劳寿命比仅考虑疲劳作用时大大降低，当松弛导致预紧力下降至55%以后，将会产生疲劳效应，该结果可为连接结构领域设计人员定量评估螺栓寿命以及对螺栓的维修养护方面提供参考依据.     

高速列车轮轨激励作用机理及其影响综述

针对高速列车运行过程中普遍存在的轮轨激励问题,系统归纳了轮轨激励常用的研究方法,分析了引起轨道不平顺、车轮非圆等轮轨激励的原因及其作用机制,重点研究了车轮多边形磨耗、钢轨波磨等中高频轮轨激励的形成机理;从动力学性能和噪声方面阐述了轮轨激励作用对高速列车运行品质的影响,从疲劳损伤的角度分析了轮轨激励对车辆/轨道系统零部件...     

铁道车辆天线梁的随机振动疲劳评估

引发天线梁破坏的主要原因是受到经构架端部传递的随机振动激扰.为考察天线梁在随机激扰下的疲劳可靠性,首先将结构动力学、随机振动和材料疲劳理论进行结合,研究了随机振动疲劳分析方法,在此基础上,依据标准IEC 61373,采用有限元软件ANSYS Workbench对天线梁进行随机振动仿真,最后采用Steinberg法对其应力较严重部位进行疲劳损伤评估.经分析,得到天线梁的总体损伤为0.56,满足Miner线性累计损伤准则,表明天线梁的疲劳设计符合标准的相关要求.     

虚拟疲劳试验及其在重载敞车结构设计中的应用

针对车辆焊接结构重载后导致的疲劳断裂问题,提出了车辆产品设计阶段的虚拟疲劳实验对策.基于可靠的有限元数值仿真模型,以及美国AAR标准中的载荷谱、焊接接头的S-N曲线数据库,以重载新型敞车为应用对象,在设计阶段对其进行了疲劳寿命预测,预测结果表明该车确实存在疲劳寿命薄弱部位.实现了真正意义上的货车寿命设计.