机车结构部件在不同线路工况下的载荷谱计算

现有载荷谱编谱方法,只是编制机车结构在试验线路所受载荷谱。当机车在其他线路运行时,使用试验线路载荷谱对结构进行设计规范是不准确的。本文给出一种新的载荷谱编谱方法,通过对机车在试验线路上的测试,编制机车不同线路工况载荷谱,对机车结构部件提供更准确的设计规范。     

车轮车轴疲劳性能测评技术（下）

介绍车轮和车轴疲劳试验内容、试验方法以及偏心共振法、悬臂梁法、拉压法的疲劳试验设备技术特点。在车轮、车轴疲劳性能台架试验验证方法研究中,分析载荷谱台架试验技术,基于车轮疲劳当量应力的车轮通道合并理论和基于车轴当量弯矩轮轨力的车轴通道合并理论,提出基于实测轮轨力-时间历程的车轮和车轴服役载荷谱编制方法。该方法可以用于机车车辆车轮和车轴新产品疲劳可靠性评定、性能验证以及线路服役条件下的性能模拟。为缩短试验周期,提出载荷谱等效强化方法,给出基于线路实测载荷谱的台架试验方法。     

车轮车轴疲劳性能测评技术（上）

介绍车轮和车轴疲劳试验内容、试验方法以及偏心共振法、悬臂梁法、拉压法的疲劳试验设备技术特点。在车轮、车轴疲劳性能台架试验验证方法研究中,分析载荷谱台架试验技术,基于车轮疲劳当量应力的车轮通道合并理论和基于车轴当量弯矩轮轨力的车轴通道合并理论,提出基于实测轮轨力-时间历程的车轮和车轴服役载荷谱编制方法。该方法可以用于机车车辆车轮和车轴新产品疲劳可靠性评定、性能验证以及线路服役条件下的性能模拟。为缩短试验周期,提出载荷谱等效强化方法,给出基于线路实测载荷谱的台架试验方法。     

基于瞬态动力学的铁路货车车体疲劳强度评价研究

以C70E型敞车车体为研究对象,通过线路试验获得了车体载荷-时间历程和疲劳关键部位的应力-时间历程,并基于实测的载荷-时间历程提出了基于瞬态动力学的车体疲劳强度评价方法。运用瞬态动力学的方法仿真计算了车体动态载荷作用下的应力响应,得到车体动态载荷-应力响应关系。结合Miner累积损伤理论,计算了车体载荷谱损伤和应力谱损伤,并对动态和静态仿真计算损伤进行了对比分析。结果表明:动态仿真计算损伤更接近于真实损伤,验证了基于瞬态动力学的车体疲劳强度评价方法的准确性和可靠性。     

重载货车车钩疲劳试验载荷谱的编制方法

基于某运煤专线测试的车钩载荷—时间历程研究万吨重载货车车钩试验载荷谱的编制方法。将测试的重载货车车钩载荷—时间历程划分为装煤、重车运行、卸煤和空车运行4个工况,应用Ncode数据处理软件将车钩载荷分解为趋势载荷和小幅值循环载荷两部分,采用变均值法和雨流计数法相结合的方法分别编制了趋势载荷谱和测试载荷谱。基于车钩趋势载荷编制的载荷谱与测试载荷谱虽然在高载荷区比较一致,但在低载荷区相差较大,因此,根据疲劳损伤等效原则,将小幅值循环载荷造成的车钩损伤叠加于趋势载荷造成的车钩损伤,得到力值放大的等效趋势载荷,然后采用等效趋势载荷编制不同工况下车钩疲劳试验脉动拉伸载荷谱和脉动压缩载荷谱。该编制方法可以大幅度减少车钩疲劳试验的次数,提高试验效率。     

地铁车辆车体动应力谱外推及寿命评估

针对地铁车辆车体动应力测试样本数据不足以全面评估全寿命服役周期下应力特征的问题，以某地铁车辆为例开展了车体动应力谱外推及寿命评估方法研究。首先，获取服役地铁车辆车体枕梁位置实测应力时程，结合参数估计、核密度估计方法开展动应力谱外推研究；然后，综合2种方法的局限性，提出了分段拟合函数表征的应力谱外推方法，基于拟合得到的应力分布规律外推获得了等效应力幅值谱；最后，评估得到了车体枕梁关键部位的疲劳寿命。结果表明：基于分段应力概率密度函数表征的载荷谱外推方法考虑了列车全寿命周期服役下的载荷极值影响，弥补了单一参数估计拟合误差较大以及核密度估计拟合依赖样本值的不足。     

基于实测载荷谱的C_(80)车体疲劳寿命评估

结合神华集团C_(80)万吨列车车体载荷谱实测试验,编制了符合神华集团自有铁路线路特征的车体垂向、纵向、侧滚和扭转载荷谱。基于AAR标准中疲劳损伤计算方法和焊接接头疲劳特性,计算不同编组位置车辆关键部位损伤值,基于此评估C_(80)车体关键部位疲劳寿命。通过对比载荷谱下损伤和实测应力损伤并优化载荷谱校准系数,使载荷谱符合实际工程运用要求。     

基于假设分布的重载货车关键结构剩余寿命预测方法

针对状态修中的关键结构剩余寿命问题,提出基于假设分布的剩余寿命预测方法,并以车钩为例,对该方法进行验证.基于线路测试或动力学仿真,获取车钩载荷时间历程,并编制其疲劳台架试验载荷谱;开展台架试验,获取车钩退化数据;基于假设分布对裂纹尺寸数据进行拟合优度检验,确定良好假设分布类型,得到结构累积失效概率图;基于累积失效概率图...     

基于损伤等效理论的AC 25kV腕臂型支持装置疲劳程序谱编制

刚性接触网具有结构简单、载流量大、净空要求低等优点,已广泛应用于城市轨道交通中。疲劳程序谱是疲劳试验中加载于被测试结构上的载荷,随着刚性接触网零部件疲劳试验的推进,迫切需要制定针对刚性接触网零部件的疲劳程序谱。以AC 25 kV刚性接触网腕臂型支持装置为研究对象,基于疲劳损伤理论、雨流计数法及古德曼等寿命公式,通过损伤等效的方式将变幅应力循环等效为恒幅应力循环,给出以原始载荷谱中零均值应力最大幅值循环作为原始载荷谱的等效载荷谱的损伤等效方案,通过实际案例对载荷谱损伤等效方案进行有效性验证,基于载荷谱等效方案,得到AC 25 kV刚性接触网腕臂型支持装置疲劳程序谱。     

基于谱分布估计和损伤一致性理论的动车组载荷谱校准方法研究

本文对轨道车辆线路实测载荷谱及应力谱展开研究,对已有基于损伤一致性的载荷谱校准方法进行有效修正,并利用威布尔分布和对数正态分布的组合分布进行载荷谱分布估计、实测载荷理论最大值估计、载荷谱扩展,从而实现对实测载荷谱的校准。将校准结果与损伤一致性载荷谱校准方法进行比较,充分证明组合分布对载荷谱分布估计的有效性和扩展载荷谱在轨道车辆载荷线路实测中的重要作用,从而提出利用组合分布对载荷谱分布估计的校准方法。     

货车车体疲劳试验载荷谱编制方法研究

以C70车体为研究对象,实测得到车体载荷数据和疲劳关键部位的应力数据。对实测数据用于车体台架疲劳试验的载荷谱编制方法进行了研究,提出了利用车体载荷和应力同步响应关系编制疲劳试验载荷谱的方法。依据损伤等效原则,剔除了对车体损伤无贡献的小应力循环,简化浓缩了应力时间历程。利用载荷和应力测试的同步性,对实测载荷时间历程进行简化和浓缩,编制了适用于车体台架疲劳试验的载荷谱。结合累积损伤理论,对比分析了浓缩前后车体疲劳损伤,验证了该方法的可行性和准确性。     

城市轨道交通车辆转向架天线梁随机振动疲劳分析

为提高某城市轨道交通车辆转向架天线梁结构的疲劳寿命,对天线梁结构进行了随机振动疲劳分析,并建立了有限元模型。将实际线路中采集到的时域加速度谱变换为频率内的载荷激励谱,作为仿真分析的输入条件。结合Dirlik公式和线性疲劳累积损伤理论,计算产生天线梁的最大损伤位置及其损伤值。对天线梁的疲劳寿命进行了预测,并依据计算结论对天线梁结构进行优化。仿真分析结果与实际线路动应力测试结果对比表明,随机振动疲劳分析方法可以反映转向架天线梁疲劳的真实运行特点。     

基于应力响应的多频率激励载荷识别研究

根据机械系统应力响应与动态外载荷在频域内的关系,提出基于动应力响应的动态载荷识别方法。对梁结构试样施加多频率成分的激励,并用应力频响函数法识别施加的激励载荷,所识别的载荷精度较高。分析转向架构架轴箱弹簧载荷、动应力载荷识别点实际线路测试数据及城市轨道交通车辆ATP梁结构振动加速度、动应力识别点实际线路测试数据,分析结果验证并表明该方法在工程上具有较好的应用前景。     

动车组构架垂向载荷统计特性研究

构架载荷谱分析是对构架进行疲劳可靠性评估的基础,现以某一车型的跟踪实验为背景,运用测力弹簧方法记录动力转向架轴箱弹簧的垂向载荷时间历程。选取某一运行区间的载荷数据作为样本,并将样本按速度等级划分,再次选取若干天相同线路相同区段的数据对样本进行扩充。联合不等组距及随机平均滑动直方图法,利用雨流计数得出载荷谱。根据载荷谱用极大似然法估计随机载荷在对数正态分布下的参数。最后根据累积分布函数曲线从统计学的角度给出一个运行区间内载荷幅值分布的变化情况。研究结果表明,根据载荷谱特点重新调整组距并对直方图进行平均处理有助于快速获得满足卡方校验的参数估计值;在一个运行区间内,速度200km/h以下时,随着速度的提高载荷谱中大载荷出现的概率明显提升,此时这一规律与速度关系显著与加速,减速关系不显著。当速度超过200km/h时大载荷出现的概率仍然较高,但其统计特性会受到速度,区间,加速,减速多种条件的综合影响。     

用全尺寸疲劳试验进行铁路转向架疲劳设计评估

通过静载荷试验、疲劳试验和线路试验评估了电动车辆转向架构架的疲劳强度.对疲劳试验和线路试验中出现的应力历程的特征进行了评估,采用各种疲劳寿命评估方法对疲劳损伤进行了评估.试验结果表明,在载荷作用下,某些应变片测得的应力和应变按应变片所处的位置呈多轴状态.应根据位置和应力状态确定合适的疲劳评估方法.     

1万t重载货车车钩载荷分布特性研究

为实现新运行条件下重载货车车钩的安全可靠性设计和评估,根据线路实测获取的车钩载荷-时间历程进行1万t重载货车车钩载荷分布特性研究。因传统参数估计存在不足,采用对数据分布不需要任何形式假定的核密度估计方法分析车钩载荷极值特性。采用雨流计数法编制车钩载荷的均值-幅值二维谱,从而得到车钩的脉动拉伸载荷谱和脉动压缩载荷谱,统计分析载荷与其出现次数的关系。研究结果表明,按超越概率10-6所对应的最大拉伸载荷为1 716kN,最大压缩载荷为1 651kN;小于400kN的载荷出现次数占全部载荷出现次数的多数,但造成的损伤在整个车钩损伤中的比重较小,且空车载荷造成的损伤相比重车载荷造成的损伤可以忽略。     

撒砂装置振动疲劳寿命评估研究

在轨道车辆实际运营过程中，经过准静态疲劳校核后的结构会出现由于随机振动疲劳而导致结构失效的现象。基于此，文章以动车组撒砂装置为例，分别基于标准IEC 61373中定义的各方向轴箱加速度功率谱和基于实测数据的考虑多特征频带的平直谱作为载荷输入，结合时域法、Dirlik法、Lalanne法、Rayleigh法和Zhao-Baker法对动车组撒砂装置振动疲劳寿命进行了评估。结果表明，在4种频域法结构损伤的计算结果中，Zhao-Baker法和Dirlik法与时域法损伤计算结果较为接近，而Lalanne法和Rayleigh法相差较大，说明Zhao-Baker法和Dirlik法对撒砂装置结构损伤计算较为准确，可以用于动车组撒砂装置的随机振动疲劳研究。另外，相比实测线路数据，标准IEC 61373中定义的功率谱高估了低频范围的撒砂装置服役载荷幅值水平，而忽略了大于500 Hz频率范围对撒砂装置疲劳强度的影响。     

基于线路测试结果的转向架构架牵引电机振动试验载荷谱研究

忽略对结构疲劳损伤贡献较小的高频信号和小幅循环的影响，对牵引电机振动载荷进行雨流计数处理，获得三维载荷谱。基于应力均值大于0的Haigh疲劳曲线，构建平均载荷修正方法，将三维载荷谱转换为二维载荷谱。将测试载荷谱扩展至全寿命运行里程，以载荷谱特征参数一致为准则，推断全寿命运行里程下的最大载荷幅值，确定全寿命载荷谱。参考FKM提供的方法，计算变幅循环系数，确定了对应变幅循环的等效恒幅载荷计算方法，构建构架牵引电机振动载荷疲劳试验的恒幅载荷谱。建立有限元分析模型，分别以全寿命里程下的变幅循环和构建的等效恒幅循环载荷谱作为输入，计算了构架电机安装座与横梁上盖板间焊接接头的疲劳强度。计算结果表明，变幅循环和等效恒幅循环载荷谱作用下的结构疲劳强度薄弱区域一致，节点材料利用率最大值分别为0.277 0和0.326 5。构建的等效恒幅循环载荷谱偏于保守，能够有效指导构架疲劳强度试验。     

基于多体动力学和有限元法的车体结构疲劳寿命仿真

提出一种多体动力学仿真和有限元法相互结合进行结构疲劳寿命预测的方法,并以机车车体结构为例进行了疲劳寿命计算。利用SIMPACK的多体仿真技术获得车体结构的动载荷历程;在ANSYS中利用准静态应力/应变分析法计算结构危险节点应力影响因子;根据模态分析技术确定车体结构固有频率和模态振型以及危险点位置。最后,基于动应力历程以及Palmigren-Miner损伤理论,利用FE-FATIGUE软件的基于应力的结构安全因子分析法对车体结构进行疲劳寿命预测,其中包括应力应变的循环计数、损伤预测和最终寿命估计。     

高速动车轴箱转臂节点载荷谱研究

对于采用转臂式轴箱定位的动车来说,橡胶转臂定位节点的可靠性关系着动车的平稳性和运行安全性,特别是速度350 km/h的高速动车.在前期设计中必须对橡胶节点的抗疲劳性能和强度进行特别的关注,针对方案设计中缺乏节点实测载荷谱的情况,通过雨流计数法和动力学仿真的方法形成了一个典型工况的转臂节点载荷谱.在详细分析了动车结构特点的基础上,建立了350 km/h高速动车动力学模型,对轴箱结构进行了详细的建模,充分考虑了转臂结构及定位节点的刚度特性.结合京津城际铁路的线路特点提出了一种典型工况的组合方法,采用京津实测轨道谱对高速动车在典型工况的动力学性能进行了仿真,并得到了组合工况下转臂节点受力的数据样本.基于Matlab软件编制了雨流计数法程序,通过对典型工况样本进行的数据统计,得到了可用于疲劳分析的节点载荷谱.