高速动车组设备舱支架结构抗疲劳性能研究

应用有限元分析软件ANSYS对两种设备舱支架结构进行静力仿真分析,获得了不同气动载荷工况下的支架结构应力响应情况,仿真结果表明：裙板气动载荷对支架结构的应力影响大于底板气动载荷;方案二支架结构改进处焊缝的应力情况得到明显改善.在时速330 km/h的情况下,测试了两种支架结构焊缝关键部位的动应力.采用雨流计数法编制了各测点的八级应力谱,并采用Goodman公式进行了对称化修正.结合材料的S-N曲线和Miner线性疲劳累计损伤理论计算了各测点的等效应力幅.对比计算结果表明,方案二支架结构的抗疲劳性能优于方案一.     

高速动车组受电弓结构随机振动疲劳分析

以高速受电弓为研究对象,将一种疲劳寿命分析方法运用到受电弓系统的随机振动疲劳分析评估中.首先利用HyperMesh建立受电弓的有限元模型,基于频域法采用IEC 61373 2010标准中规定的加速度谱密度作为激励,根据Steinberg提出的高斯分布和Miner疲劳损伤累计理论,评估随机振动载荷作用下高速受电弓的疲劳强度.分析结果表明,高速动车组受电弓结构满足在随机振动环境下疲劳强度的设计要求,为受电弓结构的随机振动疲劳寿命分析提供一种有效的计算方法.     

基于核密度应力谱外推的转向架构架疲劳寿命评估

提出了一种基于多样本核密度应力谱外推的疲劳寿命评估方法,研究了核密度估计中的最优带宽与核函数的确定问题,采用灰色关联度分析方法对应力谱的外推优度进行量化评价与检验,并讨论了疲劳寿命评估的相对误差与外推倍数之间的关系;为了验证方法的正确性与可行性,以某转向架构架转臂定位安装座焊缝附近某测点为研究对象,选取了该测点在车轮分别处于镟轮初期、中期和末期时的3组动应力测试数据,进行多样本核密度应力谱外推与疲劳评估。研究结果表明:基于最小渐近均方积分误差的概率密度函数拟合优度良好,所研究的4种核函数类型中,基于Epanechekov核函数外推的相关性最好,相关系数为0.99,较其他3种核函数提高了0.01%~0.12%,基于Circular核函数外推的一致性最好,灰色关联度为0.592 0,较其他3种核函数提高了0.17%~0.32%;基于多样本核密度应力谱外推10倍后的疲劳评估寿命相比基于线性外推的评估寿命减少了1.15%;当应力谱外推至全寿命周期时,基于核密度外推所评估的安全运营里程减少了6.45%。可见,基于核密度应力谱外推的疲劳寿命评估更偏于安全,能保证车辆结构的安全服役。      

基于等效结构应力的不锈钢车体点焊接头疲劳寿命预测

采用等效结构应力法研究不锈钢车体点焊接头疲劳寿命.首先,在研究点焊接头的失效模式、结构应力计算方法的基础上,归纳总结了基于等效结构应力法进行点焊接头疲劳寿命预测的技术路线;其次,建立某不锈钢车体包括点焊接头在内的有限元模型,依据EN12663-1∶2010标准中提供的车体疲劳载荷谱,分析了主横梁与底架边梁区域的点焊接头结构应力分布规律,并对这些焊点进行了寿命预测;最后,采用改变焊点数量和布置及增加板厚的方式,使点焊接头疲劳寿命提高了3.87E+06.     

惯性载荷作用下结构应力法焊接结构抗疲劳性能研究

基于结构应力法计算了焊缝的等效结构应力和累积损伤比,对这两种焊接形式在惯性载荷作用下的疲劳特性进行了分析.分析了采用名义应力法和等效结构应力法对有限元网格尺寸的敏感性,验证了采用等效结构应力法对网格尺寸不敏感;分析了焊缝类型、承载方向及焊接板厚度对结构疲劳寿命的影响.结果表明,当载荷方向垂直于焊线且垂直板所在平面时,焊缝的寿命最低,且对接焊缝比角焊缝更易发生破坏;在三个方向惯性载荷共同作用下,角焊缝的疲劳寿命要比对接焊缝疲劳寿命长;在保证焊趾两侧刚度协调的前提下,同时增加两个焊接板件厚度可以提高焊缝的疲劳寿命,只增加或者减少一个板件厚度,都会导致焊缝疲劳寿命降低,尤其是角焊缝.     

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-Miner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.     

滑板磨耗对受电弓系统服役性能的影响研究

为了实现滑板磨耗形面的描述和它对受电弓服役性能影响的评估,研究了滑板磨耗对弓网系统动力学性能、受电弓抗疲劳性能的影响.首先,通过对比分析大量受电弓滑板实测形面数据,提出以二次函数描述滑板磨耗形面,给出形面形状参数和磨耗深度参数两个特征量,并获得了特征量随运行时间的变化规律;其次,采用模态叠加法建立了考虑滑板形面的弓网耦合动力学模型,探讨滑板磨耗对弓网动态受流性能的影响;最后,根据滑板磨耗形面具有明显的时变性的特点,建立了考虑参数时变的受电弓疲劳寿命预测模型,实现滑板磨耗形面对受电弓抗疲劳性能的影响分析.研究结果表明:滑板形面磨耗增强了弓网系统的跨距周期性,导致该特征主频的幅值增加,且滑板形面的形状参数绝对值越大,弓网动态性能越差;考虑滑板形面磨耗后,受电弓框架部件的预测疲劳寿命缩短,缩短量约为30%~40%,且越处于上端的结构影响越大.     

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.     

复合式机场道面结构设计方法

将沥青面层抗反射裂缝疲劳寿命和水泥混凝土板弯拉疲劳强度作为复合式机场道面的设计依据,基于复合式机场道面荷载应力、温度应力及抗反射裂缝疲劳寿命的计算式,借鉴民用航空运输机场水泥混凝土道面结构设计方法和公路水泥混凝土路面结构设计方法,提出了以荷载与温度综合疲劳弯拉应力和沥青面层反射裂缝疲劳寿命为设计指标的复合式机场道面结构设计方法,以单层、双层、三层的面层结构组合方案进行对比设计。设计结果表明:面层采用双层的改性沥青混凝土方案时综合疲劳应力为4.84 MPa,抗反射裂缝疲劳寿命为699 362次,满足设计要求,是一种经济可靠的结构组合方案,因此,设计方法可行。     

基于实测载荷谱的ATP天线梁随机振动疲劳分析

为提高某地铁转向架ATP天线梁结构疲劳寿命,对天线梁结构进行随机振动疲劳分析.依据某地铁天线梁的动应力测试数据,并结合部件焊接接头的S-N曲线,研究天线梁结构的疲劳寿命;建立天线梁结构的有限元分析模型,并在实测载荷谱作用下,对天线梁结构进行随机振动分析与疲劳寿命预测,分析结果表明:天线梁疲劳薄弱部位与基于在线动应力测试的结果一致,不满足设计要求;依据随机振动疲劳分析优化的新型天线梁结构经过线路测试与分析,其结构满足350万公里的运营要求.     

焊接接头疲劳寿命评估中板厚参数的影响分析

针对焊接接头板厚参数对其疲劳寿命的影响问题,分别采用IIW2008、BS7608等疲劳评估标准以及ASME标准进行对比性计算与分析.选用焊接部件中典型的十字型接头,材料分别选用铝材和钢材两种主流的金属材料,并采用名义应力法及结构应力法等方法计算不同厚度下的铝材及钢材焊接接头的疲劳损伤.计算结果表明:当焊接结构的载荷方向明确且厚度在20~30 mm之间的情况下,使用IIW 2008标准评估疲劳更为合理;当焊接结构复杂或是焊接板很厚或很薄的情况下,建议使用Verity方法评估疲劳寿命.     

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.     

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.     

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.     

基于应变模态的车轴动应力仿真计算

基于动车组的动车车轴和拖车车轴的应变模态分析结果,结合线路实测数据,运用模态叠加法对动车组车轴进行了动应力的仿真计算,得出了两种车轴上相应测点的应力时间历程,并与线路测试数据进行了比较．结果表明：经过仿真计算得到的测点应力时间历程与实测结果比较吻合,从而验证了将应变模态与测试数据结合计算动应力的可行性,可以进一步开展疲劳强度分析．     

上下臂杆直径对高速受电弓气动抬升力的影响

建立了7种不同直径上臂杆和7种不同直径下臂杆的受电弓模型，对受电弓进行空气动力学数值模拟计算，采用多体动力学方法计算了受电弓的气动抬升力，从气动力及流场特性的角度研究了受电弓上下臂杆直径对受电弓气动性能、气动抬升力的影响规律。研究结果表明:开口运行工况上臂杆气动升力和受电弓气动抬升力都随着上臂杆直径增加而增大，随着下臂杆直径增大而减小，但下臂杆直径对受电弓气动抬升力的影响较小；闭口运行工况上臂杆气动升力和受电弓气动抬升力都随着上臂杆直径增大而减小，随着下臂杆直径增加而增大；开闭口运行工况上臂杆主体杆件气动阻力仅为上臂杆气动阻力的3%~10%，气动升力为上臂杆气动升力的26%~55%，下臂杆主体杆件气动阻力为下臂杆气动阻力的10%~25%，气动升力为下臂杆气动升力的43%~68%，直径的改变对上下臂杆气动升力的影响较大，对气动阻力的影响较小；闭口运行工况上下臂杆气动阻力的绝对值都大于开口运行工况。      

基于子模型方法的地铁车体疲劳寿命评估

车体是地铁车辆的重要承载部件,针对全尺寸车体疲劳试验综合难度高的问题,基于端部底架子模型包含了牵枕缓等在车体中受力最严苛结构的特点,提出采用端部底架子模型代替全尺寸车体进行疲劳试验的方法;建立了端部底架子模型和全尺寸车体的有限元模型,并参照EN 12663标准所确定的疲劳载荷,通过设置合理的边界条件使得端部底架子模型与全尺寸车体关键位置应力分布一致;将试验测得端部底架关键位置的应力与仿真结果进行对比,验证了有限元模型的准确性,进而采用名义应力法和Eurocode 9标准规定的疲劳寿命-应力（S-N）曲线对车体和底架焊缝部位进行了疲劳损伤计算. 结果表明:端部底架3个最大损伤位置与全尺寸车体一致,并且同一位置处端部底架的损伤值均大于车体损伤值,因此采用子模型法评估全尺寸车体的疲劳寿命易于获得相对保守的结果,针对地铁车体采用子模型法进行疲劳寿命评估是可行的.      

低热硅酸盐水泥混凝土疲劳性能研究

为研究胶凝材料的差异对混凝土疲劳特性的影响,采用4点加载的弯曲疲劳实验方法,对比研究了不同应力水平下低热硅酸盐水泥和同强度等级的普通硅酸盐水泥配制混凝土的弯曲疲劳特性,利用DTA-TG、SEM和MIP探讨了两种不同水泥配制混凝土的微观组成结构差异及其对疲劳特性的影响. 实验结果表明:28、90 d和180 d标准养护条件下的低热水泥混凝土在应力水平为0.75～0.90时的弯曲疲劳寿命均高于普通硅酸盐水泥混凝土;3.49 MPa应力荷载下,养护龄期由28 d延长至180 d,两种混凝土的弯曲疲劳寿命分别提高了230 452及8 168倍,90 d与180 d养护龄期的低热硅酸盐水泥混凝土的疲劳寿命分别是普通硅酸盐水泥混凝土的4.76倍及19.88倍,养护龄期越长,低热水泥混凝土抗疲劳性能的优势越显著;低热水泥混凝土水化产物中C-S-H凝胶多,Ca（OH）₂含量少,加载后最可几孔径与大孔含量的增幅较低（<10%）,致使其在疲劳荷载作用下裂缝源生成的可能性减少,裂缝扩展能力降低,抗疲劳能力增强.      

考虑应变和加载频率的RAP沥青混合料疲劳特性分析

系统研究了RAP、加载频率和应变水平对沥青混合料及结合料的疲劳特性的影响,并确定了沥青混合料和结合料疲劳寿命之间的关系。通过梁疲劳试验对两种沥青混合料的疲劳特性进行了对比分析,一种含有RAP,一种不含RAP;分别从这两种混合料中提取了沥青结合料,并进行重复加载疲劳试验。结果表明:RAP会降低沥青混合料的疲劳寿命,延长沥青结合料的疲劳寿命;加载频率越高,沥青混合料和沥青结合料的疲劳寿命越长;应变水平越高,沥青混合料和结合料的疲劳寿命越短。     

机车车辆螺旋弹簧的试验方法研究*

针对机车车辆螺旋弹簧的静应力测试,研究了测点布置位置,确定宜采用直角应变花进行应力测试;分析了弹簧垂向特性曲线不符合严格意义直线的原因并提出了相关建议;在疲劳试验中,研究了用其他试验方案等效相关标准规定的疲劳试验的方法。上述3个方面的研究,可以为验证和评定弹簧质量提供参考。