电力机车转向架构架的疲劳可靠性设计方法

以高速电力机车转向架构架为对象，研究了概率疲劳设计与耐久性设计这两种疲劳可靠性设计方法在高速电力机车转向架构架上的适用性与可行性。首先应用有限元软件计算了构架的应力场，确定了关键细节。其次，在试验的基础上求得构架焊缝处的Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线，应用这条曲线针对关键细节比较了几种疲劳可靠性设计与验算方法，对该构架的疲劳强度进行了校核，对其疲劳可靠性寿命进行了估算。最后，在实验的基础上，引入了初始疲劳质量的概     

基于随机载荷谱的构架疲劳强度研究

考虑构架结构弹性振动的影响,基于随机载荷谱的方法对转向架构架进行疲劳寿命分析.为了定性地检验随机疲劳寿命的正确性,将计算得到的疲劳寿命薄弱区与基于UIC方法理论计算及试验得到的疲劳强度危险区进行比较.对比结果表明,两种方法得到的构架疲劳危险区域基本一致,而基于随机载荷谱的疲劳分析方法预测出构架疲劳寿命更保守.     

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。     

GE机车构架焊缝疲劳试验失效分析

通过对GE机车转向架构架疲劳试验失效的焊缝分析,制定了合理的工艺措施和必要的检验方法．确保构架顺利通过UIC疲劳试验,为批量生产打下基础。     

提速转向架焊接构架疲劳寿命的实用分析方法

评估随机载荷作用下焊接构架的疲劳强度,并开展随机载荷下焊接构架疲劳寿命及可靠性研究。提出焊接构架疲劳控制部位的确定方法。开发用于采集应力时间历程的多通道、能连续十几小时工作的数据采集系统,研究了多种提高数据可靠性技术。建立基于累积破坏率的非线性二维疲劳累积操作准则及可靠性分析判据,在此基础上建立疲劳寿命及可靠性分析模型。对焊接构架用16MnR钢两种常用接头进行了系统的疲劳试验研究,得出接头疲劳性能数据曲面。对提速客车所用的209HS型转向架焊接构架的疲劳寿命及可靠性进行分析计算,得出可靠度为50%条件下大约可以运用5 75年;在99%的可靠度下,只能运用2 47年的结论。     

转向架构架转臂座疲劳裂纹分析及改进措施

介绍了某转向架构架疲劳强度的验证方法,针对疲劳试验过程中构架转臂座出现疲劳裂纹的情况,迅速组织技术人员进行攻关,分析了产生裂纹的原因,提出了改进方法,通过有限元分析计算进行疲劳寿命评估,并重新进行了试验验证,结果证明,改进效果显著。     

基于载荷谱提升转向架构架疲劳可靠性研究

铁路客车转向架构架在服役过程中,首先在横侧梁连接区域发生疲劳裂纹。经多次局部补强,构架仍存在疲劳可靠性不足的状况。这一现象表明:真实运用载荷未能成为构架设计的输入条件,构架设计时所用抗疲劳设计规范中的载荷规定尚不能完全针对目前车辆的真实运用环境,有必要开展实际运用环境下的构架载荷研究,从而提升构架的疲劳可靠性,确保运用安全。构建高精度测力构架,建立构架载荷系与疲劳控制部位的损伤传递关系;将测力构架换装到实际运用车辆,在裂纹发生比例高的线路多次往返跟踪测试,获得构架载荷系-时间历程与构架疲劳控制部位的动应力;建立用于提升构架疲劳可靠性的载荷谱;通过系统施加补强结构和持续优化补强结构细部形式分析载荷谱作用下的构架疲劳控制区域应力,完成构架优化改进。线路验证测试结果表明,构架疲劳可靠性得到系统性提升。     

钢轨波磨对高速动车组构架疲劳寿命的影响

为评估钢轨波磨对高速动车组构架疲劳寿命的影响,建立了车辆刚柔耦合多体动力学模型,基于模态叠加法得到了关键部位节点的动应力,利用Miner准则预测了高速动车组构架关键部位的疲劳寿命。结果表明:钢轨波磨会使构架关键部位的疲劳累积损伤加大,缩短构架的整体使用寿命。因此建议基于疲劳寿命预测对构架关键部位的结构进行优化设计。     

货车三轴转向架焊接构架抗疲劳设计

对比分析了国内外焊接构架设计标准,指出ASME标准中的主S-N曲线法是复杂焊接结构焊接接头应力集中分析与疲劳寿命预测的科学方法。采用该方法和TSI中的疲劳载荷对某货车三轴转向架焊接构架焊接接头应力集中进行了分析,结果表明,构架侧梁、心盘梁和横梁内的加强筋板与焊缝的相交处是焊接接头应力集中的主要发生部位。以降低焊缝应力集中为结构设计改进思路,对构架重新进行了设计,改进方案构架焊缝的应力集中得到相当大的缓解,应力幅值最大降低了75MPa,疲劳加载3个阶段焊缝的累积损伤均小于0.25。     

新型高速客车构架的疲劳寿命数值仿真分析

文中采用了一种预测结构构件疲劳寿命的新方法－疲劳寿命数值分析方法。在计算机虚拟的现实环境下，以计算机辅助设计（CAD）有限元法（FEM）和多体系统动力学软件（MBSDS）为基础，对新型高速客车构架的疲劳寿命进行分析。用MBSDS计算作用在转向架构架上的随机动载荷，再用有限元法给出动载荷下转向架构架上详细的动应力分布。根据这些动应力，应用MSC／FATIGUE软件，分析预测构架的疲劳寿命。根据疲劳为数值仿分析的结果可知，新型高速客车构架有足够的疲劳强度，而根据放大载荷谱而得到疲劳寿命分布图。可直观的判断出转向架构架的疲劳寿命薄弱位置，可以快速比较新型转向架不同设计方案的疲劳性能的优劣，可以在设计阶段判断零部件的疲劳寿命薄弱位置，可以通过修改设计预先避免不合理的寿命分布。因此，疲劳数值仿真方法能够减少产品的试验样机数量，缩短开发周期，降低开发成本，提高市场竞争力。疲劳数值仿真方法必将在我国高速列车的研制和发展中起到越来越重要的作用。     

基于刚柔耦合动力学仿真的转向架构架疲劳损伤分析

将车体和构架的超单元模型输入车辆动力学仿真程序,建立了考虑车体和构架弹性的车辆系统刚柔耦合动力学仿真模型,研究了车体和构架弹性对构架疲劳损伤的影响规律,给出了刚柔耦合车辆动力学仿真和构架疲劳损伤分析方法。     

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。     

高速动车组焊接构架多轴疲劳强度评估

焊接构架作为高速动车组的关键承载部件,所受载荷复杂,采用传统的单轴疲劳评估方法确定其安全可靠性的方法过于保守。为更好的反映焊接构架在实际运营过程中所受的多轴应力状态,提高焊缝区的有限元分析结果精度,以某型高速动车组焊接构架为例,基于最大主应力法将多轴应力状态转化成为单轴应力,采用修正的Goodman-Smith极限图评定了构架的疲劳薄弱区。在此基础上,引入安全裕量参数,采用Crossland和Papadopoulos多轴疲劳准则对疲劳最薄弱的转臂定位座焊缝区进一步评定,分析结果表明,焊接构架安全系数均大于1,满足疲劳强度要求,且采用Papadopoulos准则所得结果较Crossland准则所得结果保守。     

车辆焊接转向架承载构件疲劳强度评估方法及算例

本文根据焊接结构的疲劳特点和国外对焊接结构疲劳特性的研究成果，借鉴《钢结构疲劳设计规范》＾［２］的计算方法（简称为ＳＣＣＳ规范方法），对２０９型转向架焊接构架进行了疲劳强度评估，并用铁道部四方车辆研究所对２０９型转向架焊接构架的疲劳试验数据作了验证。研究表明，ＥＣＣＳ规范方法用于车辆焊接转向架承载构件的疲劳强度评估是可行的。     

基于等效结构应力法的焊接构架疲劳损伤评估

针对在线路运营过程中某型焊接构架横、侧梁连接处多次出现疲劳裂纹的问题,建立包括3条关键焊缝在内的焊接构架有限元模型,利用等效结构应力法对构架关键部位进行疲劳损伤评估,并与构架线路动应力试验进行对比分析。结果表明:等效结构应力法具有网格不敏感特性;仿真分析得到了焊接构架关键焊缝的应力分布特征,3条关键焊缝处的最大等效结构应力分别为125.1、103.0、167.4MPa,计算得到其疲劳损伤值分别为2.13、1.16、5.30,均大于损伤值0.5;构架线路动应力试验得到的各关键测点疲劳损伤值与等效结构应力法的计算结果较为吻合,验证了等效结构应力法在焊接构架疲劳损伤评估时的有效性和可靠性。     

焊接转向架构架仿真分析及试验研究

介绍了新型转向架结构组成和构架材料选择,并依据EN 13749-2011标准相关内容,对新研制转向架构架进行有限元分析和强度试验;利用Hypermesh软件对构架三维模型进行离散化处理,对其进行有限元分析;采用一种新构架试验方法,在疲劳试验台进行静强度试验和疲劳试验;通过在试验过程中施加标定工况和正常运营工况载荷,监控构架和试验工装的状态。仿真分析和试验结果表明,新型转向架构架主体结构能够满足相关标准要求。     

转向架构架用16MnDR钢缺口疲劳行为研究

轨道交通车辆运营状态下,转向架构架主要受到来自轮轨的疲劳冲击,其主承载部位的受力多为三向应力状态,为了研究转向架构架焊接接头的疲劳行为,探讨疲劳失效机理,准确还原承载区域的应力状态是关键。文章针对转向架构架用16MnDR钢,设计并制备了应力集中系数为2.7的片状缺口疲劳样品,以等效构架焊接接头的应力状态;通过对比标准疲劳样品和缺口疲劳样品的疲劳试验结果,研究了缺口效应对16MnDR钢疲劳寿命的影响,讨论了局部应力集中对材料疲劳裂纹萌生和疲劳裂纹扩展的影响机理。结果表明：在相同名义应力下,缺口疲劳样品的疲劳寿命显著低于标准疲劳样品的疲劳寿命,缺口疲劳样品的疲劳裂纹呈多裂纹起始;在相同名义应力下,缺口疲劳样品的疲劳裂纹起始寿命显著低于标准疲劳样品的疲劳裂纹起始寿命,而疲劳裂纹扩展寿命与标准疲劳样品的疲劳裂纹扩展寿命相当,导致缺口疲劳样品的疲劳寿命低于标准疲劳样品的疲劳寿命。     

地铁转向架构架运用载荷与疲劳损伤特征研究

地铁转向架构架在未达到服役寿命时,频繁出现疲劳裂纹,导致其疲劳可靠性不足。表明在一定程度上,构架采用的疲劳可靠性设计规范未能覆盖真实运营环境,有必要开展实际运营条件下的构架载荷、损伤研究。通过线路测试采集构架动载荷与动应力信号,分析构架载荷动态特性和损伤状况。结果表明,构架载荷与线路条件及列车运行状态密切相关,列车启停、站前站后短曲线线路等导致构架承受幅值较大、频次较高的动态载荷;主体载荷能量在10 Hz以内,电机吊座载荷存在51 Hz能量;曲线线路造成的疲劳损伤普遍大于直线线路;载客量对构架损伤有一定影响。研究结果对掌握在不同运行和线路工况下的地铁转向架构架动态载荷特征和疲劳损伤特性,并开展满足运用安全的抗疲劳优化改进具有重要的工程意义。     

长期服役运行条件下动车组转向架构架结构疲劳试验分析

为了研究高速列车持续运行对转向架构架结构疲劳可靠性的影响,选取京广线上运行的高速动车组进行了长期跟踪试验,采集得到了转向架构架动应力数据,并据此评估了动车组转向架构架结构的疲劳可靠性,为高速列车优化结构设计和修程修制提供了依据。     

出口缅甸3B_0机车焊接构架疲劳寿命预测

为了对出口缅甸3B_0机车转向架焊接构架的疲劳寿命进行预测,采用有限元方法对构架在不同疲劳载荷下的应力状态进行分析,确定了箱体梁中主焊缝的多种疲劳应力范围。基于IIW标准和相关文献中焊接接头疲劳寿命数据确定了评估焊接构架的多条S-N曲线方程,在此基础上采用整体名义应力法和局部缺口应力法计算了关键主焊缝的寿命次数。结果表明:所有焊缝的寿命次数均大于2×10~6次,满足轨道车辆焊接接头设计标准要求;其中构架侧梁T型角接头在垂向动载作用下寿命较低,应通过焊缝磨削处理降低其应力集中程度。由于名义应力法分析结果较缺口应力法更为保守,从结构轻量化和局部优化角度出发,采用局部缺口应力进行焊接结构疲劳寿命预测更具有优势。