车辆设备箱体刚度提升方法研究

针对轨道车辆设备箱体在长期服役过程中易发生变形、产生裂纹等问题,对比研究了板型选择法、反变形法、约束法和加筋法4种增加轨道车辆设备箱体刚度的方法。通过对比某辅助逆变器分别采用平板和5种波纹板作为底板时的静强度、疲劳寿命和模态,确定半圆形波纹板为最合理的板型,利用5种波纹板均布力近似特征关系式,验证了仿真的准确性。进而,提出了以一阶模态基平面以外节点的位移作为反向预变形量而增加刚度的设想,仿真计算结果表明,箱体刚度大大增加。在此基础上,对比箱体底板采用9种约束方式下的模态,可知四周焊接约束条件下的刚度最大。此外,在3种布置方式下,底板采用8种常见筋板时对箱体整体性能影响的分析结果表明,采用工字型截面筋板且横向等距布置时可获得最大刚度。     

隧道波纹板套衬连接件承载力试验研究

隧道波纹板套衬结构多采用螺栓搭接的连接方式,为了解这种连接方式的受力特性,本文设计了多组波纹板连接件试件,通过试件的静力抗压试验,研究了不同波形及壁厚条件下波纹板螺栓受剪破坏现象和力学性能。结果表明:波纹板连接件的承载力较相应平板连接件下降较为明显,波纹板的板厚对连接性能影响较大,而波高影响较小;在5,6,8 mm 3种厚度下200 mm×55 mm,230 mm×64 mm,300 mm×110 mm波形波纹板的平均承载力相当于平板承载的88. 3%,85. 1%,81. 2%;波纹板连接件强度可按照平板状态下承压面承载力进行折减。     

机车车辆车下悬挂箱体设备安装座疲劳寿命仿真优化分析

机车车辆在运行过程中,传递给车下悬挂箱体的随机振动激励与箱体内部结构的固有频率相接近时,会使结构产生共振而发生疲劳破坏。为研究箱体安装座在振动载荷下发生疲劳破坏的原因,基于结构振动疲劳寿命分析方法,采用有限元软件对悬挂箱体结构进行随机振动疲劳寿命分析。然后利用Dirlik法和Miner线性损伤累积准则对箱体设备安装座进行疲劳损伤评估,并对结构进行仿真优化。经分析表明,箱体安装座的疲劳寿命与安装设备的高度、质量以及安装座刚度有关,这些部件参数决定了箱体内部结构的固有频率,从而影响结构疲劳损伤的大小。     

铁道车辆污物箱及安装吊座强度与模态分析

列车高速运行时产生的剧烈振动对污物箱等车下吊挂设备及其安装吊座的结构可靠性带来不利影响。在考虑箱体与液体的流固耦合效应条件下,对污物箱及其安装吊座的结构静强度及模态进行仿真计算。计算结果表明,在三向冲击载荷条件下,车下污物箱安装吊座结构的静强度满足设计运用要求,又由于流体的影响,大大降低了系统的固有频率。     

动车组制动系统箱体类部件轻量化设计方法

针对材料替代轻量化设计中如何确定新结构板材厚度的问题,在推导箱体类部件的板材厚度与固有频率关系的基础上,提出以轻量化设计后铝合金箱体的刚度与原碳钢箱体的刚度相当为目标,通过获取箱体固有频率确定铝合金箱体各部分板材厚度的轻量化设计方法。以某型动车组制动控制箱体为例,提出铝合金制动控制箱体的设计方案,并进行仿真和试验验证。结果表明:使用铝合金箱体时制动控制装置前3阶固有频率分别为66,69和71Hz,与使用碳钢箱体时相当;与碳钢箱体比,铝合金箱体的重量减轻了59%,静强度安全系数从3.5提高到4.2,疲劳强度安全系数从8.3降到1.6,但仍满足标准EN12663-1—2010规定的要求;采用轻量化设计的铝合金箱体满足疲劳强度的要求,实现了轻量化的目标。     

基于计算载荷谱的车下设备安装箱体疲劳寿命仿真分析

通过多体动力学仿真分析获得了车下设备安装箱体的载荷谱数据,以此作为输入,并综合有限元分析和疲劳寿命分析等多种CAE手段,对动车组车体下吊挂的设备箱体在计算载荷谱作用下的疲劳寿命分布进行了仿真分析。研究表明,多体动力学与结构有限元、结构疲劳寿命协同仿真分析方法为在设计阶段预测车下悬吊设备结构的可靠性提供了有效的手段,可以用于结构设计阶段的动强度校核和结构优化。     

隧道洞口波纹板防护结构的动态性能

考虑现有隧道洞口防护结构的优缺点,本文提出了一种隧道洞口波纹板防护结构。利用足尺试验分析不同冲击能量下隧道洞口波纹板防护结构内力、变形及基础受力特性。应用LS-DYNA动力学软件建立落石冲击波纹板防护结构动力学分析模型,对落石冲击作用下波纹板防护结构的内力、变形及基础压力进行了分析。结果表明:采用300 mm×110 mm及以上波形,在500 kJ冲击能量作用下,即使板材个别位置出现屈服,拱顶整体变形仍然较小。因此采用大波形作为隧道洞口防护结构是可行的。     

某车下牵引设备箱的振动试验状态监测与分析

基于频谱分析以及振动与冲击原理,对某车下牵引设备箱体进行了振动冲击试验状态监测,通过扫频试验获取了设备箱体的固有频率,并对设备箱体的振动、冲击情况进行了综合评定。     

制动控制箱结构特性分析

高速列车用制动控制箱必须满足在复杂载荷作用下的强度及刚度储备要求。以高速列车用制动控制箱箱体为研究对象,使用有限元的方法计算了制动控制箱箱体的结构特性。首先建立箱体结构的三维实体有限元模型,其中对箱体内各功能模块之间复杂的接触条件和部件形状进行简化处理。分别进行了箱体的模态分析,在所有外挂件和自身重量作用下的箱体静强度分析,抗冲击强度分析以及组合载荷作用下的疲劳分析。仿真分析结果表明箱体具有较高的强度储备,能够满足铁路车辆结构强度的要求。     

基于渐进失效理论的碳纤维/泡沫夹芯设备舱底板强度仿真

设备舱底板在列车行驶过程中会受到气动载荷与石子冲击的影响，其强度直接影响到设备舱内的设备安全。文章基于渐进失效分析理论和刚度退化模型，在验证仿真建模的准确性后，建立了碳纤维/泡沫夹芯设备舱底板的静强度与低速冲击工况下的有限元模型。基于有限元模型分析了设备舱底板在5种静强度工况下的失效因子、应变和失效载荷，讨论了200 J、300 J、400 J、500 J的冲击能量以及100 mm、200 mm、300 mm的冲头直径对设备舱底板抗冲击性能的影响。结果表明，设备舱底板满足静强度要求，其失效载荷为63.0 kPa,最大失效因子及最大应变位置位于螺栓孔周围；冲击接触力峰值、上面板凹陷深度及各铺层的基体失效面积随冲击能量的增加而增大，而冲头直径的变化对设备舱底板的低速冲击性能影响较小。     

复合材料结构部件在高速动车组上的应用研究及性能评价

文章介绍了铝蜂窝结构设备舱底板结构应用现状,分析了复合材料(玻璃纤维、碳纤维及填充材料的复合)设备舱底板结构设计的可行性,验证了复合材料新结构的工艺性及其强度、疲劳等性能,证明了复合材料设备舱底板在高速动车组上应用的适用性。     

CR300AF型复兴号动车组高压电器箱研制

为使CR300AF型复兴号动车组车顶高压电器设备免受外部恶劣环境影响,保证设备具有良好的工作性能,研制将真空断路器、高压接地开关、高压隔离开关、避雷器和互感器等部件进行集成的动车组用车顶高压电器箱。针对高压电器箱使用条件进行绝缘性能分析,确定高压电器箱基本绝缘能力参数;基于气固复合绝缘设计方法,设计绝缘顶盖与绝缘隔板,解决箱体高度方向绝缘不足的问题;通过对高压电器箱进行强度仿真计算,计算7种不同工况下高压电器箱的应力情况及安全系数;通过绝缘性能试验和冲击振动试验,对样机的绝缘性能和结构强度进行试验验证。试验结果表明,高压电器箱能够满足绝缘设计和结构强度要求,符合动车组使用要求。     

动车组变压器柜体的结构强度仿真分析

为评价某动车组变压器柜体的结构强度,文章详细介绍了车辆设备的结构强度评价方法,并基于EN 12663-1:2014标准规定的静载荷工况和疲劳载荷工况进行了仿真计算。采用材料利用系数评价变压器柜体的静强度安全裕量,利用VDI 2230-1:2014标准提供的7个安全系数指标评价螺栓连接安全性,利用DVS 1612:2014标准提供的许用疲劳强度值和焊缝疲劳强度利用系数评价变压器柜体的焊接疲劳性能,采用模态分析得出的固有频率和模态振型特征评价变压器柜体的刚度。结果表明,变压器柜体的结构强度满足标准要求,且具有较高的固有频率,可以规避车体低频振动带来的影响。     

基坑支护支撑拆除过程的弹塑性有限元分析

明挖顺序法施作的地铁箱体，在基抗支护结构施工完后，从底部自下而上顺序浇筑混凝土，浅完底板后，需拆除最下面一道支撑，以便于浇筑侧墙和顶板，利用施工完的底板（达到一定强度）作为最下面一道支撑，本利用有限元方法验算此过程中支护结构的安全性。     

基坑支护支撑拆除过程的弹塑性有限元分析

明挖顺序法施作的地铁箱体，在基坑支护结构施工完后，从底部自下而上顺序浇筑混凝土，浇完底板后，需拆除最下面一道支撑，以便于浇筑侧墙和顶板，利用施工完的底板(达到一定强度)作为最下面一道支撑，本文利用有限元方法验算此过程中支护结构的安全性。     

磁浮车辆车下设备安装结构研究

提出了磁浮车辆车下设备安装设计的原则和注意事项,分析了3种磁浮车辆车下设备安装结构的合理性和可靠性,并针对底架焊接安装座吊装设备的结构进行了强度仿真计算,对吊装螺栓进行了强度校核,通过仿真计算及螺栓强度校核分析验证了设计结构的可靠性。     

隧道新型波纹板支护结构受力特性与影响分析

提出一种新型的钢制波纹板结构作为隧道初期支护,并用国外圆形隧道波纹断面的应力公式与有限元计算方法进行对比分析,结合ANSYS有限元软件分析不同厚度、荷载影响下波纹板结构承载能力的变化趋势,并着重分析波纹板内外侧波峰波谷的受力特性;同时结合计算结果用非线性多项式拟合手段给出了波纹板承载能力随厚度、荷载变化拟合公式.研究结...     

碰撞脱轨事故下高速列车横向限位装置动力学特性及结构强度研究

基于试验和仿真分析对横向限位装置在列车碰撞事故下的动力学响应特性以及结构强度进行研究。仿真与试验结果表明:横向限位装置结构可靠且能够对列车碰撞脱轨事故进行防治。建立动力学仿真模型对横向限位装置的工作模式进行分析,在碰撞引起脱轨的过程中横向限位装置可以有效地分担轮轨横向力并制止车轮的爬轨趋势。通过有限元分析对该装置的结构强度进行验证,与试验结果对比可知误差基本稳定在5%以内,证明了横向限位装置可以承受200 kN均布载荷的作用,能够应用于列车脱轨防治工作之中。     

一种ω型弹条扣件扣压力的锤击测量方法研究

为实现ω型弹条扣件扣压力的快速测量,提出一种锤击测量方法,其理论基础为结构应力与固有频率的关联性。以Ⅱ型ω弹条扣件为例,设计了扣压力锤击测量试验装置。使用COMSOL仿真软件分析了扣件的锤击响应和振动特性,之后开展了锤击试验研究,最终得到弹条扣件扣压力与系统固有频率的对应关系。研究表明,Ⅱ型ω弹条扣件系统在服役状态下的固有频率约为1 kHz,并且固有频率与扣压力近似呈正比关系,验证了弹条扣件扣压力锤击测量方法的可行性。     

浮置板轨道系统动力响应分析

为了分析浮置板轨道的动态特性,根据结构动力学原理建立浮置短板-隧道、浮置长板-隧道和普通轨道-隧道的有限元模型。利用落轴冲击仿真分析和施加实测轮轨力进行动力响应分析两种方法,对浮置短板、浮置长板和普通轨道进行仿真分析,对比分析了其动力响应性能。落轴冲击分析结果和施加实测轮轨力谐响应分析的结论一致。这表明:浮置板轨道隔振性能主要由其固有频率决定,只要浮置短板和浮置长板的固有频率相同,隔振性能基本相同。可以通过增加浮置板质量和降低浮置板支承刚度的方法降低浮置板轨道系统的固有频率,以达到较好的隔振性能。