基于谱载荷的高速列车转向架构架的疲劳强度

为了有效地预测高速列车转向架构架的疲劳强度或寿命，提出了一种基于试验谱载荷的疲劳强度预测方法．这种方法是用雨流计数法对UIC515-4和UIC615-4规定的构架疲劳强度试验载荷和载荷循环次数进行分级，用有限元法确定构架在每级载荷作用下的应力分布，将多轴应力转化为单轴应力，根据palmgren-Miner线性累积损伤准则计算构架的等效应力，利用S-N疲劳曲线预测构架的疲劳强度或寿命．算例表明，采用该预测方法计算的高速列车转向架构架的疲劳强度与现有文献的结果一致．     

基于谱载荷的高速列车转向架的疲劳强度

为了有效地预测高速列车转向架构架的疲劳强度或寿命,提出了一种基于试验谱载荷的疲劳强度预测方法.这种方法是用雨流计数法对UIC515-4和UIC615-4规定的构架疲劳强度试验载荷和载荷循环次数进行分级,用有限元法确定构架在每级载荷作用下的应力分布,将多轴应力转化为单轴应力,根据Palmgren-Miner线性累积损伤准则计算构架的等效应力,利用S-N疲劳曲线预测构架的疲劳强度或寿命.算例表明,采用该预测方法计算的高速列车转向架构架的疲劳强度与现有文献的结果一致.     

铁道车辆转向架构架多轴疲劳强度有限元分析方法

铁道车辆转向架构架在服役过程中承受复杂的多轴疲劳载荷,为构架结构的设计和分析带来困难.本文以某车辆转向架构架为研究对象,为获得构架在复杂多轴载荷作用状态下的应力分布状态,分别建立构架板壳有限元模型和实体有限元模型,并参照UIC 615-4、TB/T 2368-2005和TB/T1335-1996标准,确定计算工况,对该转向架构架强度进行分析计算,并根据ORE B12/RP17提供的钢材Goodman疲劳曲线图,编写后处理程序对构架进行疲劳强度评估.结果表明：两种有限元模型计算分析结果趋于一致;构架结构的应力分布状态呈现面内应力分布占优的状态;采用最大主应力对其进行疲劳强度评估是合理的;两种建模方法获得的构架静强度、疲劳强度评估结果的一致性说明：采用板壳模型代替实体模型对构架进行有限元强度分析是可行合理的,可节省计算资源.     

构架裂纹扩展延迟效应

列车运行速度的提高和载重量的增加使其主要承载部件转向架构架的运行环境变得恶劣。为减小轮轨间的作用力 ,要对构架进行轻量化设计 ,由此引起了构架疲劳强度问题。对某高速列车构架的疲劳试验结果表明 ,在给定的常规载荷作用下构架裂纹扩展速度出现延迟效应 ,最终减小到零。应用弹塑性裂纹扩展与闭合概念和残余应力松弛概念分析了构架裂纹扩展延迟效应 ,结果表明引起构架裂纹扩展速度减慢的主要因素是循环加载中残余应力的松弛 ,而裂纹的闭合对裂纹的延迟也有重要影响 ;计算了给定工艺构架状态和循环载荷下 ,不扩展裂纹初始长度的最小值     

一种新的焊接构架疲劳分析方法

为了在多工况下进行焊接构架多轴应力的疲劳强度评估,在直接法和投影法的基础上,将二阶张量坐标变换的性质应用于构架的多轴应力疲劳评估,提出了张量法.该方法将多轴应力转换到同一坐标系和同一截面下,根据获得的最大应力和最小应力进行疲劳评估.以某型转向架焊接构架为例,建立了该构架的有限元模型,计算结构在多工况下的应力,并用直接法、投影法和张量法计算了焊接构架的疲劳强度. 通过临界面法和Ncode软件的计算,验证3种方法的合理性.结果表明:考虑多轴应力方向的张量法明显优于另外两种方法,与Ncode计算结果误差最小,为4.42%.      

铁路车辆部件抗疲劳评估的进展与挑战

从铁路车辆的安全运用及服役评估出发，论述了转向架部件(如构架、车轴等)的抗疲劳评估及应用进展，重点分析了合金钢EA4T车轴和碳素钢S38C车轴的设计理念差别，阐明了车轴运用评估中存在的难定量和过保守的理论局限性; 首创了“名义应力”+“损伤容限”有机融合的阶梯疲劳评估方法，给出了样本信息聚集改进原理、基于单轴拉伸的裂纹扩展模型、应力-缺陷-寿命的三参数评估图和表面残余应力重建等四大关键技术。分析结果表明:基于传统名义应力法的抗疲劳设计给出的寿命预测偏于保守，导致车辆部件维修不足或者过度维修; 基于单轴拉伸性能的新型裂纹扩展模型的精度优于NASGRO方程; Kitagawa-Takahashi图把基于名义应力的疲劳极限和基于断裂力学的缺陷特征有机关联起来，比Goodman图更直观、定量和全面; 基于表面单位压力法，获得了与实测结果一致的S38C车轴的压缩残余应力分布，表明压缩残余应力的引入提高了新干线车轴的抗微动磨损能力和抗疲劳裂纹扩展能力; 广域环境服役、超高周疲劳、增材修复再制造、断裂求解技术及动力学和强度学结合等问题成为未来研究的重要课题。      

两种提速型转向架侧架的强度分析

针对目前提速使用的设计时速为100 km/h的转8AG型和转8G型货车转向架侧架,采用有限元分析方法进行静强度计算.分析结果表明,转8AG型和转8G型货车转向架侧架整体上满足强度要求,应力最大部位发生在承台拐角、轴箱拐角和三角透视孔部位,这些部位在车辆实际运行中应给予重点关注.对转8AG型侧架进行了静强度测试,测试结果与计算结果基本一致.同时对转8AG型和转8G型侧架进行了比较分析,结果表明,转8G型侧架的强度指标明显优于转8AG型侧架.     

基于BS方法的拖车转向架焊接构架的疲劳评估

为了保证设计的转向架焊接构架的安全可靠性,运用EN13749-1999标准对CRH3型拖车转向架焊接构架进行静强度评定和疲劳强度计算,采用BS方法对焊接构架进行有效的疲劳评估,分析计算结果表明CRH3型动车组拖车转向架焊接构架强度和疲劳寿命满足设计要求.     

焊缝疲劳寿命预测新方法及其在焊接构架上的应用

铁路客车209T型转向架焊接构架横梁腹板与侧梁下盖板的焊缝出现的疲劳裂纹直接影响行车安全.采用美国ASME标准中的《网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法》,对该处焊缝进行了有限元分析,分析计算了该处焊缝焊趾与焊根上的应力集中,也计算了该处焊缝焊趾与焊根上的疲劳寿命与损伤.疲劳损伤计算结果与实际开裂情况相当吻合.基于这一方法,对改进设计的疲劳寿命及损伤再次进行了计算,结果表明：改进方案显著地提高了该处的抗疲劳破坏能力.上述研究与验证表明：《网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法》突破了传统名义应力法的局限性,在机车车辆焊接结构抗疲劳设计过程中,具有重要工程推广价值.     

高速动车组转向架端部悬挂件对构架应力的影响

为了探究高速动车组转向架端部悬挂件对构架应力的影响规律,依据UIC 615-4标准,对转向架构架与端部悬挂件进行了有限元仿真,校核了构架疲劳强度;开展了实际运营条件下的跟踪测试试验,分析了不同位置测点应力的时、频域特征,计算了等效损伤;结合模态计算探讨了转向架端部悬挂件对构架侧梁端部应力状态产生较大影响的成因。分析结果表明:依据标准计算的弹簧帽筒区域的疲劳强度满足要求;远离辅助安装座区域的弹簧帽筒测点,实测最大等效损伤为0.01,靠近辅助安装座区域的弹簧帽筒测点,实测最大等效损伤为0.45,明显高于远离辅助安装座区域的测点;对于靠近辅助安装座区域的弹簧帽筒测点中,弹簧帽筒外侧测点即更靠近辅助安装座区域测点的等效损伤均高于内侧测点,二者等效损伤最大相差84.16%;实测数据存在38 Hz的主频,与辅助安装座和构架连接整体的第4阶模态接近,结合实测数据时频分析结果证明,车辆行驶与轨道不平顺波长共同作用产生的激扰,激起了辅助安装座和构架连接整体的第4阶模态,发生P₂共振导致弹簧帽筒区域产生过大应力。      

4D轴货车焊接构架的疲劳强度分析方法

以某货车厂研制的新型4D轴货车焊接整体构架为研究对象,在ANSYS9.0有限元软件中建立完整的构架三维模型,根据UIC510-3规程,分析计算构架的应力分布情况、评估其疲劳强度,得出疲劳薄弱区.采用子模型技术,对疲劳薄弱区的焊接细节结构进行热点应力分析,进一步评价构架的疲劳强度.通过动应力实测编制疲劳薄弱区的应力谱,由S-N曲线和Miner累积损伤法则,预测构架的疲劳寿命.     

牵引电机振动对构架疲劳强度的影响

为分析造成地铁车辆动力转向架牵引电机吊座附近区域出现疲劳裂纹的原因,用有限单元法分析了构架的疲劳强度.结果表明:电机吊座附近区域的应力主要受电机垂向振动载荷影响,电机垂向振动载荷增大不影响节点平均应力,但使其应力幅值增大.垂向振动加速度从1g增大到10g时,考察点应力幅值增大约1.5倍,安全系数由2.68降低至接近1.00.在标准规定的水平振动加速度范围内,构架节点安全系数无变化.     

CRH2动车转向架构架疲劳强度分析

针对CRH2动车组动车转向架焊接构架,从模拟计算和线路实测两方面得到构架上关键部位的等效应力,并依据JIS E 4207规范进行了静强度和疲劳强度评估.两种分析结果的比较表明,各关键点的实测等效应力均小于计算值,这为正确使用规范以及制定符合我国线路条件的设计规范提供了依据.     

桥梁缆索钢丝疲劳性能影响因素试验

为研究桥梁缆索钢丝的疲劳与腐蚀疲劳性能，采用不同强度等级新钢丝、服役7年的斜拉桥拉索钢丝和人工加速腐蚀钢丝开展了缆索钢丝疲劳与腐蚀疲劳试验；根据典型疲劳断口宏观形貌特征，探究了缆索钢丝的疲劳断裂机制；采用威布尔分布函数拟合了缆索钢丝的应力-疲劳寿命曲线，对比了不同钢丝应力-疲劳寿命曲线的差异，揭示了强度等级、应力比、腐蚀损伤和腐蚀疲劳损伤4个关键因素对缆索钢丝抗疲劳性能的影响规律，并建议了相应的疲劳强度曲线。试验结果表明：钢丝未发生腐蚀时抗疲劳性能良好，随着强度等级的提高，缆索钢丝的疲劳强度显著增大，对应的疲劳极限也逐渐上升；缆索钢丝的疲劳强度随应力比的增大而显著减小；腐蚀和腐蚀疲劳损伤均会大幅降低缆索钢丝的疲劳强度，腐蚀疲劳损伤对缆索钢丝剩余疲劳寿命的影响大于单一腐蚀损伤；新钢丝的疲劳裂纹起源于表面划痕或材料不均匀处，对于带腐蚀和腐蚀疲劳损伤的钢丝，蚀坑处存在显著的应力集中，疲劳裂纹源形成于钢丝表面蚀坑处，多源裂纹萌生与裂纹不规则扩展的几率增大；桥梁缆索抗疲劳设计与安全评估时应综合考虑钢丝强度等级、应力比、腐蚀和腐蚀疲劳损伤的影响，试验采用国内桥梁缆索广泛使用的钢丝，得到的疲劳强度可...     

基于结构应力的转向架构架焊缝疲劳强度研究

为了解决现行标准中转向架构架焊缝容许疲劳强度数据存在的问题,针对当前的各种结构应力方法和数据,就其在焊缝结构应力测试、容许应力幅、设计值存活率、平均应力修正、焊缝修整疲劳强度提高及极限容许应力确定等方面的关系和差异进行对比,并构建了Q345钢焊缝基于实测结构应力的疲劳图和S-N曲线. 结果表明:转向架构架焊缝结构应力的实测可沿用B12/RP17规定的方法,即采用6 mm长的应变片并将其前端紧靠焊趾边缘布置;建议借鉴IIW (International Institute of Welding) FAT100和FAT90两组基本数据,并应用其平均应力和焊缝修整疲劳强度提高的修正方法,构建更加合理的基于实测结构应力的焊缝容许疲劳强度数据;对于2 × 106次循环数对应的疲劳图,极限容许应力可参考DVS 1612规定的方法,由母材屈服极限除以相应的安全系数确定.      

基于IIW标准的提速客车转向架焊接构架疲劳寿命预测

基于线路动应力测试得到的动应力谱,考虑焊接结构的特殊性,以国际焊接学会IIW标准中疲劳设计规范提供的焊接接头S-N曲线数据库为依据,利用Palmgren-M iner累积损伤法则,对某提速客车转向架焊接构架进行了疲劳寿命预测.预测结果与疲劳试验机的试验结果对比表明,基于IIW的疲劳寿命预测方法有推广价值.     

多轴转向架焊接构架焊缝应力集中分析与寿命研究

利用美国ASME-2007标准中的结构应力法和有限元数值分析技术,研究某多轴转向架焊接构架焊缝结构应力分布规律,指出在垂向斜对称载荷工况作用下构架应力集中发生部位;以降低焊缝应力集中为出发点,对焊接构架结构进行改进设计.构架改进结构后焊缝结构应力幅值降低,疲劳寿命显著提高.     

高速列车车轮踏面滚压强化有限元分析

为提高镟修后高速列车车轮踏面强度和使用寿命,进行了车轮踏面滚压强化过程的数值模拟,并对滚压强化的工艺参数进行了优化.以CRH3高速列车车轮为研究对象,建立了滚压轮-车轮-钢轨三维滚动接触有限元模型;通过计算不同滚压轮尺寸、滚压力及滚压道次对车轮踏面残余应力和等效塑性应变场分布的影响来分析滚压强化机理;采用Borrow-Miller准则修正的Manson-Coffin公式计算了滚压后轮轨接触时车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命,进而对车轮踏面滚压强化工艺参数进行优化.研究结果表明:随着滚压力的增加,车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命先增后减,且随着滚压道次的增加而下降,即滚压道次的增加反而会降低车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命;滚压道次的增加对残余应力的影响不大,滚压轮圆弧半径的增加会导致疲劳裂纹萌生寿命小幅度增大;综合考虑,以滚压道次为3次、滚压力为1 kN、滚压轮圆弧半径为6 mm时的滚压效果最佳,此时车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命可提升约58%.     

荷载作用下半刚性基层沥青路面开裂原因分析

利用线弹性断裂力学理论和有限元法计算裂纹尖端应力强度因子,并且利用Paris公式计算了沥青路面的疲劳寿命。提出现在我国半刚性基层沥青路面容易产生反射裂缝的可能是由于沥青面层较薄、沥青面层刚度较低、基层刚度过高等综合因素造成的。基层抗压模量的变化对沥青路面疲劳寿命影响比面层抗压模量的变化更显著,随着面层厚度的增加,沥青路面的疲劳寿命有较大的提高。     

缺陷水泥混凝土路面裂缝扩展机理研究

研究表明,水泥混凝土路面在凝固收缩过程中形成板底早期裂缝,产生缺陷。为此,采用了断裂力学的基本原理,通过计算得出路面板底裂缝深度、荷载大小和应力强度因子之间的关系,分析了路面裂缝扩展的条件。同时,利用疲劳方程建立了荷载作用次数与稳定断裂韧度下降之间的关系式,由此说明疲劳荷载作用下产生的累计损伤导致的稳定断裂韧度下降是路面开裂破坏的根本原因。