弹簧表面裂纹应力强度因子有限元分析

机车车辆弹簧表面都或多或少存在着一些裂纹,目的是为了定量描述裂纹对弹簧的影响规律。运用有限元分析软件,采用20节点单元、裂纹前缘单元采用1/4节点单元,对弹簧施加不同载荷以及改变裂纹的长度和深度进行求解,从而得到各裂纹前缘的应力强度因子。计算并分析了弹簧表面裂纹深度、长度同应力强度因子之间的关系。     

空心车轴不同形状比裂纹应力强度因子的仿真研究

空心车轴在运用中可能会出现意外损伤而诱发表面裂纹。应力强度因子是预测裂纹扩展情况的重要参数。本文分析了空心车轴的运用载荷,根据所测载荷谱,采取有限元方法计算车轴横截面的应力分布情况。采用四分之一20节点等参退化奇异单元模拟裂纹前缘的应力奇异性,建立空心车轴表面裂纹扩展的有限元模型,并对裂纹前缘进行离散,实现正交扩展,得到不同步扩展的裂纹前缘。在此基础上对裂纹前缘不同位置的应力强度因子进行计算分析,得出不同初始形状裂纹前缘扩展中的应力强度因子分布规律。计算结果表明,具有不同初始形状的裂纹,随着裂纹的扩展,裂纹形状将趋于某一形状比范围内。与解析方法计算的结果比较,二者基本吻合。     

高速列车空心轴的边缘效应及微动分析

利用有限元ANSYS软件仿真与弹性力学理论对比分析某高速列车轴箱轴承与空心轴过盈配合产生的边缘效应,研究了车轴空心系数对边缘效应应力集中程度的影响规律,同时结合微动磨损理论分析增大车轴孔径在配合边缘区产生裂纹的工程现象,研究表明,空心车轴的空心系数不宜超过0.5,研究结果为空心车轴的设计、运用提供理论参考。     

焊接节点表面裂纹复合型应力强度因子的数值计算研究

以十字形焊接节点为研究对象,比较ABAQUS、FRANC3D和规范公式计算表面裂纹应力强度因子的结果,验证FRANC3D计算应力强度因子的正确性和高效性。为从数值理论上研究复杂应力场下焊接节点表面裂纹复合型应力强度因子的影响因素,基于FRANC3D建立不同裂纹形状比和焊缝倾斜角度的计算模型。结果表明:随着焊缝倾斜角度的增大,Ⅰ型和Ⅲ型应力强度因子减小,Ⅱ型应力强度因子增大;当焊缝倾斜角度为0°和15°时,裂纹表面点和最深点同时可以忽略Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子的影响;应考虑Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子绝对值对疲劳裂纹扩展的影响。     

万向轴驱动和高速列车

万向轴驱动装置不单被应用于内燃动车组,更是高速电力机车和电动车组(200 km/h~300 km/h)不可或缺的重要部件。文章介绍了万向轴驱动装置在高速列车和电动车组上的应用。     

高速列车 车轴强度 计算方法

针对国内尚未制订高速列车车轴强度设计规范的现状,以中国某高速动车组动车车轴强度计算为例,分别采用日本和欧洲的高速列车车轴强度设计规范中的计算方法以及有限元仿真计算方法,对动车车轴的强度进行计算和对比分析。结果表明：3种计算方法计算得到的车轴强度安全系数均大于1,表明车轴强度符合安全要求;欧洲高速列车车轴强度设计规范考虑的载荷较为全面,与有限元仿真计算方法相比,计算结果偏于安全;但对于轮座部位,采用日本的车轴强度计算方法计算出的安全系数偏大,更为保守。     

高速列车制动盘裂纹现状调查分析

对我国高速列车“中华之星”及“先锋号”上用的制动盘裂纹现状进行全面调查。分析了制动盘裂纹剖面的宏观形貌特征,并对制动盘裂纹萌生和扩展机理进行探讨。发现裂纹剖面宏观形貌特征与制动盘疲劳裂纹扩展规律之间存在一定的关联,为制动盘寿命评估提供了新的思路。     

高速列车玻璃钢裙板结构强度分析

随着高速列车运行速度的提高,列车与空气间的相互作用加剧,气动阻力对列车的影响越来越大.为了在美化列车车头外轮廓的前提下优化司机室区域的空气受流情况,高速列车普遍采用便于成型的玻璃钢裙板结构.在对某型动车组头车玻璃钢结构模型合理简化的基础上,依据EN 12663-1：2001[1]确定了载荷工况,完成对裙板及其安装附件的强度校核,结果对后续玻璃钢裙板结构设计及优化具有一定的参考意义.     

列车荷载-水耦合作用下无砟轨道水平裂纹尖端强度因子有限元计算模型

针对CRTSⅡ型板式无砟轨道结构层间裂纹扩展的典型现象,建立列车荷载-水耦合作用下裂纹尖端强度因子的三维计算模型。依据水压力在裂纹表面作用的特点,基于弹性力学及断裂力学原理,引入双协调方程、Westergaard应力函数,得到应力分量及位移分量。把裂纹表面受到均布水压力引起裂纹尖端强度因子增大的问题,简化为裂纹表面受无数集中力时的叠加而引起裂纹尖端强度因子的增大问题。结果表明,CRTSⅡ型板式无砟轨道水平裂纹扩展类型为Ⅰ型,依据Ⅰ型裂纹失稳扩展发生在应变能密度因子S最小方向,确定CRTSⅡ型板式无砟轨道水平裂纹沿着原来的裂纹面扩展。通过ANSYS-Workbench-Fracture Tool平台下裂纹尖端强度因子计算,建立了有限元计算的模型,计算结果合理性通过复合试件拉伸试验得到了验证。     

含中心裂纹的压电材料梁反平面问题的应力强度因子

研究了含中心裂纹的压电材料梁在反平面载荷作用下的问题 ,得到应力强度因子的表达式 ,并用边界配置法计算了应力强度因子与截面几何尺寸的关系。结果表明 ,这种半解析半数值的方法具有足够的精确性 ,计算简便 ,有广泛的应用性     

高速列车车身表面气动噪声源研究

介绍了计算气动噪声源的宽频带噪声源模型,建立了高速列车三维绕流流动的物理数学模型,数值模拟了在不同运行速度下高速列车在平地、路堤和高架桥上的外部流场,进而利用宽频带噪声源模型对车身表面气动噪声源进行了计算。计算结果表明,3种运行工况下车身表面噪声源的分布规律很相似,而且随着列车运行速度的提高,列车车身声功率及表面声功率都显著增加,因此,降低气动噪声对发展高速列车至关重要。     

高速列车空心车轴国产化的选材和试制

通过剖析日本和欧洲(意大利、法国)产的车轴和对照国内外采用的相关技术标准,调研分析国内相关产品生产企业的装备和能力,从国内需求、材料的性价比和加工工艺的可行性等多方面考虑,确定国产高速列车空心车轴采用低合金钢材料和调质处理的热处理工艺。研发出了具有我国自主知识产权、分别适用于时速200~250和300~350km的国产化EA4T和EA4Tplus钢的空心车轴,其小试样的常规力学性能和疲劳性能均超过解剖的国外同等级车轴,特别是其缺口疲劳性能和低温冲击性能更优,并都通过了全尺寸实物疲劳试验。另外,还成功试制了30NiCrMoV12钢车轴,其成套技术可为今后车轴的选用提供参考。     

高速列车空心车轴全尺寸疲劳试验方法研究

高速列车空心车轴的主要失效方式为疲劳失效,因此疲劳性能是车轴研制和生产中至关重要的考核指标,欧洲EN标准规定了车轴疲劳性能指标和疲劳试验的基本要求。现基于EN标准,研究制定了国内高速空心车轴全尺寸疲劳试验方法,并首次进行了国产车轴的疲劳试验。主要探讨了疲劳试件设计、考核截面位置的确定、以及疲劳载荷计算等问题。同时,分析和研究了EN标准F1轴疲劳性能指标的含义,为F1轴疲劳载荷的确定提供了依据。高速车轴疲劳试验方法的探讨和疲劳试验结果表明,所确定的试验方法及其技术要求是合理可行的。本研究对高速车轴的疲劳试验技术、及制定国内相应试验规范有一定的参考意义和实用价值。     

高速列车车轴强度计算方法对比分析

针对国内尚未制订高速列车车轴强度设计规范的现状,以中国某高速动车组动车车轴强度计算为例,分别采用日本和欧洲的高速列车车轴强度设计规范中的计算方法以及有限元仿真计算方法,对动车车轴的强度进行计算和对比分析.结果表明:3种计算方法计算得到的车轴强度安全系数均大于1,表明车轴强度符合安全要求;欧洲高速列车车轴强度设计规范考虑的载荷较为全面,与有限元仿真计算方法相比,计算结果偏于安全;但对于轮座部位,采用日本的车轴强度计算方法计算出的安全系数偏大,更为保守.     

高速列车车体强度计算方法对比分析

分析国内外高速列车车体强度规范中的计算方法,以国内某型高速列车车体强度计算为例,分别采用日本、欧洲以及我国的高速列车车体强度设计规范中的计算方法,对车体强度进行计算和对比分析,并提出了一套关于车体强度评定的工程方法,为车体结构设计和强度分析提供了可靠的理论依据。结果表明:3种规范下计算得到的车体满足强度要求;欧洲设计规范考虑的载荷较为全面,我国的车体强度计算方法计算出的安全系数较大,更为保守。     

高速列车表面压力分布的数值计算

用三维面元法对三种不同机车头型形状的高速列车表面压力分布进行了数值计算，并与风洞试验进行了对比，计算结果与试验结果一致。     

PSO优化的高速列车轴温灰色预测模型

轴承温度预测是保障高速列车安全运行的重要手段。考虑到GM(1,1)模型建模机理存在着一定的缺陷,以及对建模数据有一定的单调性要求,对呈现较大波动的数据序列预测结果不太理想的问题。在GM(1,1)预测模型的基础上,提出了一种粒子群算法(PSO)优化的灰色预测方法。利用多项式对GM(1,1)模型进行修正,重构灰色模型的时间响应序列,再利用粒子群算法对重构模型进行求解,并据此构建了一种高速列车轴温预测模型。以高速列车实际轴温数据对模型进行验证,验证结果表明:模型相较于GM(1,1)模型的预测精度有明显的提高,其中5min预测的平均绝对误差由6℃降低到5℃,降幅为16.7%。平均相对误差由9.1%降到了7.8%,降幅为14.3%;最大绝对误差由20℃降低到18.6℃,降幅为7%。预测误差的方差由24.6降低到了20.6,降幅为16.3%,表明误差分布更加集中。     

基于Nastran的高速列车车体应力灵敏度分析

随着高速列车种类的增加,对车体断面的适应性设计已进入深入性研究。针对某型动车组项目,基于Nastran通过有限元分析,将目前能调节车体强度等参数的方法(如加筋板、改材质、改壁厚等)的有效性和灵敏度,进行验证和归类,属于动车组车体断面设计领域较深入的一次探究,也为后续全面推进其他领域灵敏度分析提供参考。     

考虑风载的高速列车受电弓静强度分析

铁路高速化在带来方便快捷运输条件的同时,也使列车及其相关结构所受的空气阻力急剧增大,为保证受电弓的安全运行,有必要开展气动载荷作用下的受电弓静强度分析。基于ANSYS Workbench的静强度分析功能,现对气动载荷作用下的受电弓静强度分析方法进行了探索,分析了气动载荷的影响效果,并实现了气动力作用下V500高速受电弓的静强度校核。结果表明,V500高速受电弓弓头在气动力作用下呈抬升趋势,该型弓具有良好的气动性能;对比开、闭口运行工况下的结构承载分布情况和部件应力,V500高速受电弓闭口运行性能略优于开口运行性能;受电弓平衡臂、弹簧盒、上臂杆和底架的应力主要由气动载荷引起;V500高速受电弓各部件均通过强度校核,满足静强度设计要求。