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。     

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。     

基于有效缺口应力的地铁构架疲劳损伤研究

地铁构架的疲劳失效在焊接接头的焊趾和焊根处均有可能发生,因此需要一种有效的疲劳评估方法来全面地分析转向架的疲劳可靠性。针对该问题,基于有效缺口应力法建立了某地铁转向架构架整体有限元模型,以及电机吊座翼板与横梁连接部位焊接接头的局部网格细化有限元模型,得到了焊接接头焊趾和焊根处的有效缺口应力分布。根据Miner损伤理论和对应的S-N曲线计算得到有效缺口应力法与名义应力法的累积损伤。结果表明,接头焊根处更易发生疲劳失效。此外,有效缺口应力法比名义应力法更加安全。为进一步研究不同载荷对损伤的影响,通过对比各载荷的累积损伤结果发现：对于有效缺口应力,损伤占比较大的5种载荷分别是扭转载荷、电机横向载荷、电机垂向振动载荷、电机驱动载荷、齿轮箱垂向振动载荷,其中扭转载荷占比最大,达30%～60%。文章验证了有效缺口应力法在地铁车辆构架疲劳评价中的安全性和适用性。     

基于实测载荷谱的侧架寿命分析

随着铁路提速重载的发展,铁路货车转向架零部件的疲劳裂损率增加。本文通过我国几条典型线路实测,得到我国铁路货车的实测载荷谱。利用有限元仿真得到载荷—应力的转化系数,由实测载荷谱得到应力谱,基于该应力谱计算转向架侧架的疲劳寿命,并和AAR载荷谱的疲劳寿命对比分析,验证实测载荷谱的可用性。     

基于频域结构应力法的牵引电机结构振动疲劳分析

牵引电机是动车组动力输出的核心部件。近年来,随着我国动车组运行速度的不断提升,激励载荷频率也随之提高。为保证产品设计的可靠性,牵引电机焊接结构在高频载荷激励条件下的疲劳性能亟待研究。为研究某转向架的侧悬挂式牵引电机结构焊缝疲劳,引入频域结构应力法,设计相关焊接小试件,采用直耦式电动振动试验系统,基于IEC 61373标准2010版本中的随机加速度载荷谱进行随机振动疲劳试验。考虑焊接结构局部细节对其疲劳寿命的影响,建立带焊缝细节的电机壳体有限元模型,采用频域结构应力法对电机壳体结构的疲劳寿命进行预测与评估。研究结果表明：在频域结构应力法采用中值主S-N曲线,结构阻尼系数取0.02计算的疲劳寿命与试验结果比较接近,且疲劳开裂的起始位置也与试验一致。该电机壳体结构的关键焊缝均满足IEC 61373标准中规定的抗疲劳性能要求。该电机结构在实际随机振动疲劳试验过程中未出现焊缝疲劳失效现象,试验结果与分析评估结果一致,验证了电机常用材料Q345E钢结构阻尼选值的合理性及频域结构应力法的有效性,说明频域结构应力法可为我国电机焊接结构的抗疲劳设计提供有效的技术支持。     

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.     

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。     

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。     

线间距和阻塞比对动车组空气动力学性能影响的分析

以现场试验为主,并辅以仿真计算,针对明线交会、隧道通过、隧道交会等典型工况,研究线间距和隧道截面积对动车组空气动力学及动力学性能的影响。研究表明:明线交会时,线间距从4.4m变化到5.0m对会车压力波有一定影响,但均交会压力波远小于车体容许气动载荷;隧道通过和隧道交会时,线间距对会车压力波影响较小,影响隧道空气动力学性能的主要因素为隧道截面积或阻塞比。线间距改变对动车组动力学性能影响主要体现在车体横向加速度,轮轨力和脱轨系数等指标未见显著变化。     

高速动车用车轴

随着运行速度的提高，车轴所承受的垂直载荷和水平载荷也相应增加，因此必须十分重视车轴的疲劳设计问题。日本在修订ＪＩＳ（日本工业标准）车轴疲劳设计基准时，得出了车轴运行时的实际作用应力σａ与静态应力σｓｔ之比的最大值与走行速度之间的关系式。按此式计算，新干线高速动车在速度为３００ｋｍ／ｈ时的实际作用应力σａ＝６５ＭＰａ，而经高频淬火处理的新干线动车车轴发生微细疲劳裂纹时的极限应力约为１００ＭＰａ，说明     

某轨道货运罐式集装箱结构随机振动疲劳分析

罐式集装箱结构主要采用钢结构焊接而成,而焊缝是整个结构中疲劳相对薄弱的位置,如何在设计阶段评估该罐式集装箱焊接结构的疲劳可靠性是个难题。文中首先建立带焊缝细节的罐式集装箱结构有限元模型,基于IEC 61373-2010标准中的模拟长寿命随机振动载荷谱,引入网格不敏感频域结构应力法,分析随机载荷下罐式集装箱结构关键焊缝抗疲劳性能,结果显示该集装箱结构的关键焊缝结构满足纵向、横向、垂向3个方向各5 h随机载荷谱作用下总损伤小于1的要求。频域结构应力法,可以考虑结构的随机振动能量频域分布对焊缝疲劳寿命的影响,同时方便找出与焊缝疲劳寿命密切相关的关键模态,能够为轨道车辆焊接结构的设计与优化提供技术支持。     

转K2型转向架弹簧载荷识别及其对弹簧寿命影响的研究

用试验的方法得到在垂直载荷作用下弹簧45°方向应力和最大主应力之间的差异,用有限元法计算了弹簧在横向、垂向加载时的载荷识别系数。根据线路实测动应力识别出转K2型转向架弹簧在运用工况下的2种载荷。最后根据载荷计算出弹簧的应力,利用疲劳损伤模型计算出损伤,得出了2种载荷对疲劳寿命的影响。     

大轴重货车车轮热负荷下疲劳强度分析

随着车辆轴重的不断提高,车轮所承受的工作载荷显著增加,随之而来的车轮疲劳寿命下降将直接影响列车的安全运行。运用有限元分析软件ANSYS仿真分析长大坡道制动下车轮的温度场,根据国际铁路联盟标准UIC 510-5—2003确定计算载荷,计算了32.5 t轴重车轮在计算载荷工况下的应力场。将多轴应力状态转化为单轴应力状态,对车轮辐板进行疲劳强度评定。     

编组长度对高速列车表面交变压力载荷的影响

基于标准κ-ε双方程湍流模型,采用滑移网格方法,对不同编组长度(3车编组,4车编组,5车编组和8车编组)高速列车明线交会以及于各自最不利长度隧道通过和交会工况进行模拟,并对车体表面产生的交变压力载荷进行研究。数值计算结果和实车试验结果进行对比,波形吻合度高,误差不超过6%。研究结果表明:列车明线交会时,列车压力波尾波幅值由3车编组到8车编组减小11%;列车于各自最不利长度隧道通过和交会时,编组长度不改变列车车体表面压力波变化规律,但对幅值有较明显影响;列车通过隧道时压力波峰峰值由3车编组到8车编组增大14.0%,列车于隧道中心处交会时该值增大26.4%。     

轨道车辆典型抗侧滚扭杆系统疲劳应力分析测试研究

根据轨道车辆典型抗侧滚扭杆系统的结构和载荷位移情况,对扭杆系统进行受力分析和有限元分析,总结出扭杆系统疲劳应力分析和测试的方法。同时对扭杆轴中承受弯扭组合载荷的1、2区和承受纯扭转载荷的3区进行了应力测试,并与有限元应力分析结果进行对比,结果表明:该测试方法可以满足扭杆系统的疲劳应力分析和测试要求,应力测试结果与有限元分析结果误差在15%以内。     

跨坐式单轨车辆转向架构架疲劳寿命预测研究

为了验证采用计算机仿真分析跨坐式单轨车辆转向架构架疲劳寿命的可行性,建立了有限元分析模型,通过施加单位载荷,计算求得应力;分别将仿真分析得到的载荷时间历程和试验获取的载荷时间历程作为载荷激励,根据S-N曲线和Miner法则,结合疲劳分析软件Ncode对转向架构架进行疲劳寿命预测。基于仿真载荷时间历程的疲劳寿命为56.1年,基于试验载荷时间历程的疲劳寿命为62年,两种疲劳寿命分析结果相近,说明基于仿真进行疲劳寿命预测具有可行性。     

基于载荷加载次序的疲劳寿命预测改进模型

针对Corten-Dolan模型中关键参数d难以确定的问题,在Corten-Dolan模型和既有改进模型引入小载荷、损伤程度和应力状态的基础上,进一步考虑相邻2级载荷的先后次序影响,采用增加应力比系数及将载荷加载次序的影响、损伤程度的影响分别作为独立的影响因素2种不同的方法对参数d进行修正,基于此建立2种Corten-Dolan改进模型。根据常用材料(标准45号钢)焊接接头、合金材料(标准16Mn钢)焊接接头以及Q235B钢焊接接头的试验数据,对前述2种改进模型的疲劳寿命预测有效性和可行性进行验证。结果表明:与传统Miner模型和既有Corten-Dolan改进模型对比,无论是在2级载荷作用下还是在多级载荷使用下,2种改进模型在进行焊接材料疲劳寿命预测时均具有较高的预测精度,且因模型的数学表达式较为简单,无需多层迭代计算,便于应用实际工程中焊接结构的疲劳寿命预测。     

线间距对交会压力波的影响研究

基于三维、非定常雷诺时均N-S方程和标准k-ε双方程湍流模型,采用滑移网格技术,对高速列车明线交会及隧道内交会时的空气流场进行数值模拟。研究不同线间距对高速列车交会压力波的影响。研究结果表明:明线交会压力波幅值随线间距的减小而增大,线间距从4.6 m变为4.4 m时,交会压力波幅值增大约8.3%;线间距从4.4 m变为4.2 m时,交会压力波幅值增大约8.5%;隧道交会压力波头波幅值随线间距的减小而增大,对非交会时段隧道压力波影响不大,线间距从4.6m变为4.4 m时,车体表面测点交会压力波头波幅值增大5.7%;线间距从4.4 m变为4.2 m时,交会压力波头波幅值增大5.8%;隧道壁面测点压力波幅值增加约2%,且隧道内2车交会,靠近交会位置的测点压力变化要远大于远离交会位置的测点。     

基于疲劳驱动力能量损伤参数修正的非线性疲劳寿命预测

针对疲劳驱动力能量模型中变幅载荷间交互因子难以确定的问题,考虑载荷大小次序、载荷间的干涉以及疲劳损伤程度等因素对变幅载荷作用下损伤累积规律的影响,在引入能量准则确定损伤参数的基础上,将变幅载荷应力比、载荷循环比、疲劳损伤程度引入载荷间交互因子的计算,建立分别采用载荷循环次数比和实时疲劳损伤对交互因子进行修正的改进非线性疲劳寿命预测模型。根据Q235B和铝合金2种常用材料的焊接接头在多级变幅载荷作用下的试验数据,对改进的疲劳寿命预测模型的预测能力进行验证。结果表明:在变幅载荷作用下,改进的疲劳寿命预测模型能有效地对焊接结构的疲劳寿命进行预测,相比其他模型更接近于试验结果,且模型中仅含有2个比较容易通过试验确定的常规参数,无需引入其他参数,便于应用于实际工程结构的分析及设计。