牵引变压器连接刚度对车体与设备振动影响分析

建立了高速综合检测列车牵引变压器及其冷却单元与车体间的刚柔耦合力学模型,研究了利用模态叠加原理计算车体和附属设备耦合系统振动加速度的计算方法。利用数值仿真方法分析了牵引变压器和冷却单元与车体间的连接刚度对车体和设备振动的影响。     

机车车体典型焊接接头应力分析

为解决近年来在采用壳单元的重载机车车体结构强度分析中,牵引梁与中梁过渡区域焊接接头的理论分析结果与试验结果存在较大差异这一问题,提出将车体主体结构离散为壳单元,分别采用壳单元和实体单元离散牵引梁与中梁的过渡区域。基于机车的运用工况,确定车体在纵向压缩和拉伸载荷作用下的理论应力分布并与试验结果进行对比,研究壳单元和实体单元对典型焊接接头应力分布的影响,并对该区域的局部结构进行优化。分析结果表明:在典型焊接接头区域,实体单元比壳单元具有更高的计算精度,且与试验结果吻合度较高;采用实体单元能更准确地模拟存在较高应力集中效应的焊接接头的应力分布。     

轨道交通车体大设备安装强度仿真分析

轨道交通车辆上的大尺寸、大质量、高重心设备的安装结构强度是车体强度校核的关键,而不同的建模计算方法,直接影响车体整体的应力水平。文章以某工程车车载动力包中的柴油机为研究对象,对比分析了三种不同建模方式的计算结果,并通过试验对比,指出采用梁单元连接集中质量点和安装座的加载方式可以有效避免应力集中。     

机车车体模态分析中用质量单元模拟设备重量的方法探讨

讨论了机车车体模态计算中用质量单元模拟载重的两种不同方法,提出了用质量单元更真实地模拟设备重量的一些建议。     

大跨度斜拉桥索梁锚固区三维有限元仿真分析

采用不同建模方法,对大跨度斜拉桥索梁锚固结构—钢锚箱进行三维非线性有限元仿真分析,并将计算结果与钢锚箱静载模型试验结果相比较。结果表明,实体单元加接触单元法计算模型,即用实体单元模拟钢锚箱底部的锚垫板、用空间高阶壳单元模拟锚箱中其他钢构件及主梁、用非线性接触单元模拟锚垫板与承压板间不焊接但紧密压贴的关系,能够较真实、合理地反映钢锚箱的实际受力情况。钢锚箱虽然板件较多,但整体性能好,索力传递流畅,锚箱锚固顶、底板上2条焊缝传递索力,承压板与主梁焊缝主要传递抗弯作用力,因此要保证各板件接触、焊接良好,不能产生大的残余应力和残余变形。随着荷载的增长,钢锚箱高应力区应力增长速度减缓,部分低应力区应力增长加快,这对受载有利。仿真计算时,要注意壳单元角点局部位置可能出现应力计算失真。     

基于子模型技术的复杂轨道车辆车体结构优化分析

为了考察某复杂轨道车辆车体底架中部纵向连杆结构承受纵向压缩载荷的能力,分别将纵向连杆离散成体单元和壳单元,对整车模型进行纵向压缩工况计算,分析2种常规建模方式的计算结果差异和缺陷。为了解决以上2种常规建模方式存在的问题,提出在子模型中对纵向连杆关注区域全部使用体单元建模的方法来得到纵向连杆区域精确的应力结果,并根据精确计算结果对该区域的局部结构进行优化。分析结果表明:在车体结构有限元强度分析过程中,为了解决常规建模方式存在的问题,在合理选择切割边界的情况下,采用子模型技术可以更加快速精确地获得关注区域的应力结果;在车体结构设计中,充分考虑结构刚度的协调性有利于提高车体结构强度。     

高速动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真研究

为降低动车组车体加工中的焊接残余应力,开展了动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真研究。研究中基于热弹塑性有限元理论,利用实体-壳单元混合模型以有效减小计算规模,通过壳单元实现实体与壳单元连接的方法,建立了高速动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真有限元模型。在试验的基础上,利用双椭球模型校核焊接热源,通过提取和简化各道焊平均热循环曲线,实现热源加载,分析了KK端焊接残余应力的分布规律。在此基础上,提出采用2种分段焊的优化方案,最终的计算结果表明,分段焊可有效的减小KK端的焊接残余应力。     

体-壳混合单元与实体单元在构架强度计算中的对比分析

采用体单元与体-壳混合单元分别对某型地铁车辆构架进行数值模拟,模拟计算中针对体单元与壳单元自由度不同的问题,使用多点约束法(MPC)在体壳单元接触面建立连接。计算结果表明,两者的位移与应力分布情况一致,体-壳混合单元与实体单元位移值大小相同,但最大应力强度值小于实体单元,最大相对误差为8.3%,处于精度允许范围内,两者均满足构架静强度要求。     

基于接触非线性的自翻车FEA实现

基于FEA(Finite Element Analysis)接触非线性,利用ANSYS软件实现了改进的新型自翻车车体非线性静强度分析,突破了国内外因自翻车模型庞大,结构复杂,接触边界条件繁多而带来的有限元非线性分析的困难.分析过程中充分考虑了自翻车体倾翻机构、八字面挡铁、活动卸货门等关键构件间特有的接触情况,更切实际地模拟了倾翻机构的工作状态,减小了仿真分析的误差.细述了自动倾翻车体结构建模过程中接触部件间的细节处理.通过接触非线性分析计算,得到了关键位置的应力分布情况,车体结构静强度与刚度均满足设计要求.     

铰接式动车组车体结构设计

为满足欧洲市场的需求，结合铰接式转向架的安装需求，全新研发了一种满足欧盟铁路互联互通技术规范（TSI）要求的铰接式动车组车体结构。通过优化力流传递路径，采用两级缓冲结构等措施降低了底架局部结构的应力集中，提高了底架承载能力。通过优化底架边梁型材断面，抗侧滚装置、抗蛇形装置通过螺栓直接与底架边梁连接，将以往项目由过渡安装座的焊缝承载优化为底架边梁母材承载，提高了连接可靠性。对车体进行了29个工况静强度计算，所有工况的计算应力均小于许用应力，在超载AW3工况下对车体施加1 500 kN纵向压缩载荷，最大应力出现在门洞下门角，计算应力为147.4 MPa，小于铝合金许用应力215 MPa。根据标准DVS 1608，对车体母材和所有焊缝进行了8种疲劳工况的评估，计算结果显示材料利用度均小于1，其中母材材料利用度最大为0.7，发生在侧墙上窗角，焊缝材料利用度最大为0.86，发生在端墙门槛与端墙立柱连接的焊缝处。对车体进行了16个工况静强度试验，所有测点的应力值均小于许用应力，且安全系数不小于1.24，留有较大的安全裕量。计算结果和试验结果说明该车体结构强度和疲劳性能满足设计要求，且有较大的安全裕...     

高速铁路无砟轨道国产化理论研究

在吸收国内外研究成果的基础上,建立无砟轨道三维非线性有限元静力学模型,对高速铁路无砟轨道进行研究,主要内容如下. (1)用梁单元模拟钢轨、弹簧单元模拟扣件、实体单元模拟无砟轨道各部件、接触单元模拟无砟轨道各部件的连接,建立无砟轨道三维非线性有限元静力学模型,运用遂渝线实测数据、西南交通大学计算结果及无拉力模型验证了模型的有效性.     

基于瞬态动力学的铁路货车车体疲劳强度评价研究

以C70E型敞车车体为研究对象,通过线路试验获得了车体载荷-时间历程和疲劳关键部位的应力-时间历程,并基于实测的载荷-时间历程提出了基于瞬态动力学的车体疲劳强度评价方法。运用瞬态动力学的方法仿真计算了车体动态载荷作用下的应力响应,得到车体动态载荷-应力响应关系。结合Miner累积损伤理论,计算了车体载荷谱损伤和应力谱损伤,并对动态和静态仿真计算损伤进行了对比分析。结果表明:动态仿真计算损伤更接近于真实损伤,验证了基于瞬态动力学的车体疲劳强度评价方法的准确性和可靠性。     

铁路客车车体疲劳强度仿真研究

在铁道车辆车体疲劳强度评估的方法中,数值仿真分析具有高效性和经济性的特点。车体疲劳强度数值仿真分析主要涉及疲劳载荷工况选取、车体结构规范建模、应力评估准则建立。文章在综合分析已有的车体结构疲劳强度分析标准和材料疲劳强度评价标准的基础上,归纳总结出2种车体疲劳强度评估的数值仿真分析方法,并给出了模型有限元单元大小15~20 mm的建议值以及相应的应力评价准则。     

基于结构应力法的车体结构疲劳裂纹扩展与剩余寿命评估

为了弥补名义应力法不能针对具有初始裂纹的焊接结构进行评估的不足,采用结构应力法,在断裂力学的基础上推导了考虑裂纹扩展增量的焊缝裂纹扩展计算方法。以复铰式100%低地板有轨电车为研究对象,采用名义应力法确定了典型工况下车体疲劳强度薄弱焊缝的位置,并基于结构应力法提取了该位置的膜应力和弯曲应力,并应用焊缝裂纹扩展计算方法对车体薄弱位置的焊缝进行了剩余寿命评估。研究结果表明:初始裂纹的存在导致车体寿命远低于设计寿命(1E7),但仍然具有一定的服役空间,可以利用焊缝裂纹扩展计算方法对含有缺陷的结构进行剩余寿命评估,并根据计算结果制定相应的维修策略。     

考虑纵肋-横隔板焊缝模拟的正交异性钢桥面板疲劳性能研究

为研究纵肋-横隔板(rib-to-floorbeam,RF)焊缝模拟与否及焊缝模拟数量对正交异性钢桥面板各疲劳敏感细节应力响应的影响,分别建立无RF焊缝及不同数量RF焊缝的正交异性钢桥面板有限元模型,计算轮载作用下各构造细节的应力响应.为提高计算速度与精度,RF焊缝采用体单元模拟,桥面板其他构件采用壳单元模拟,通过约束方程实现体-壳耦合.研究结果表明:模拟RF焊缝时,RF横隔板侧和纵肋侧构造细节的应力幅分别增大66％和54％,其对应的计算疲劳寿命更接近实桥出现裂纹的时间;模拟RF焊缝对弧形切口和RD构造细节应力响应几乎无影响.模拟不同数量RF焊缝对各构造细节应力响应无明显差别;相比于不模拟焊缝的情况,模拟焊缝可以清楚地显示RF焊缝沿高度方向上的应力分布,纵肋和横隔板的连接部位应力过渡更加平滑.     

装配式衬砌接头的接触力学模型研究

装配式衬砌是由衬砌管片通过螺栓连接而成的,在相邻管片连接处存在一个力学特性比较复杂的区域,这个区域存在面面接触及螺栓的连接。将其抽象为面面接触单元及螺栓预紧单元进行数值模拟,并通过算例进行了分析,得出了一些结论。     

跨座式单轨平移式道岔结构数值仿真分析

根据相关规范给出平移式道岔结构在列车作用下的动力荷载类型及相应计算方法。为减少计算单元的划分数量、提高计算分析效率,提出单元重分法模拟列车移动加载。运用有限元数值仿真方法,对平移式道岔在列车运行过程中的力学行为和结构安全性进行分析。结果表明:列车运行过程中平移式道岔结构在长台车处产生最大应力,其应力比为0.86,梁体挠度小于规范规定的相应限值,说明在列车运行过程中平移式道岔的强度和刚度均能够满足结构安全性要求;长台车上部连接板的边缘处存在较大的集中应力,因此在道岔结构制造和施工过程中,需确保其焊缝连接强度不小于母材强度。     

1565■铝合金货车用销钉的机械连接的性能

本文介绍了如何通过试验确定"斯托格"连接在循环载荷作用下的承载能力。在漏斗车(运粮车)车体结构(用1565(?)牌号的铝合金制造)上的寿命极限以及这种连接方式施加在连接接触表面上的压力对抗疲劳性能的影响。此外,文中还确定了不同类型的"斯托格"连接的可承受的、不会形成裂纹和损坏的循环应力的大小。     

双层动车组车体结构灵敏度研究

车体结构灵敏度为车体结构修改提供依据,是现代车体结构设计过程中的重要内容之一。本文以某双层动车组车体为研究对象,建立车体有限元模型,计算车体模态、应力及变形。以车体底架、侧墙、顶板、端墙等不同部位板厚度参数为设计变量,用半分析灵敏度方法,以车体模态频率、静载荷作用下的应力和变形为设计响应,计算响应对各设计变量的灵敏度。计算结果表明,车体前3阶模态频率随底架、侧墙、车顶结构厚度的增加而增大,随端墙、牵枕缓部位板件厚度的增加而减小;车体底架变形对下底板、车顶、侧墙各板板件厚度灵敏度较大,为负值;关键位置应力灵敏度多为负值。通过灵敏度计算分析,揭示影响车体性能的主要因素,明确提高车体模态频率、减小变形及应力的措施。通过灵敏度分析对车体结构进行修改,在提高低阶模态频率并保证变形和应力满足要求的前提下,使车体质量减少410kg。     

一种三维耦合单元模型在涂抹层模拟中的应用

研究目的:排水井的材料性能与周围的土层有很大的不同,在数值计算时需要在涂抹层处设置接触单元来进行模拟,但一般的接触面单元大多仅仅考虑单元的应力-应变,不能反映涂抹层的渗透性问题.为了能同时考虑排水井沉降与周围土层沉降的差异性及普通接触面单元无法反映涂抹层渗透性的问题,本文通过研究,推导出一种新型单元来对涂抹层进行模拟.研究结论:在充分考虑涂抹层效应的基础上,构造了一种以20结点六面体等参单元耦合16结点等厚度接触面单元的耦合单元,来模拟排水井地基中的涂抹层,并编制了相应的有限元程序.通过程序计算分析了两算例,计算结果合理可靠,表明构造的耦合单元模型可以有效地应用于实际工程的数值模拟.