内轴颈高铁车轴结构设计与强度分析方法

针对高速列车的轻量化设计需求,分析了内轴颈高铁车轴独特的内支承结构与承载特点,建立了内轴颈高铁车轴受力状态和结构强度理论分析模型,提出了内轴颈高铁车轴设计极限载荷和疲劳强度的解析计算方法;在此基础上,制定了基于理论分析、有限元方法和车辆系统动力学的内轴颈高铁车轴结构设计方法,并以17 t轴重的内轴颈高铁车轴为例开展了应用研究;基于内轴颈高铁车轴受力状态的理论分析结果,确定了车轴的临界安全截面和详细尺寸方案;建立了内轴颈高铁车轴的有限元模型,评估并校核了车轴的疲劳强度;建立了轴箱内置式高速动车的刚-柔耦合系统动力学仿真分析模型,验证了车辆的动力学性能和车轴的动荷载。分析结果表明：17 t轴重的新型内轴颈高铁车轴的质量为273.6 kg,比同轴重传统外轴颈高铁车轴的质量低约30%;内轴颈高铁车轴各截面疲劳强度的安全系数均大于1.66,临界安全截面转移至轴颈与轮座之间的卸荷槽及轴颈与轴身之间的过渡圆弧区域;采用内轴颈车轴的高速动车能够以350 km·h^-1的速度稳定通过半径为5.5 km的曲线线路,主要动力学性能指标优良;在选定曲线通过工况下车轴所承受的动载荷均能被设计极限载荷包络,据此开展的车轴结构设计和强度分析是稳健的。可见,内轴颈高铁车轴在实现高速列车轻量化设计方面有显著的技术优势,且高速适应性较好,在高速列车领域的发展和应用潜力巨大。     

高速列车风阻制动试验方法综述

针对高速列车风阻制动试验方法缺少统一标准的问题,从气动特性和装置工作特性两方面系统梳理了风阻制动的相关成果与进展;分析了风翼板形状、尺寸、安装位置和间距对气动特性的影响,装置结构、工作原理和配置对工作特性的影响,阐明了制动系统性能的试验需求;分析了风阻制动对车上其他设备、轮轨/磁浮列车运行稳定性、气动噪声的影响,阐明了风阻制动运行影响性的试验需求;分析了物体撞击、平均风载荷和脉动风载荷对风阻制动装置的影响,以及风阻制动装置安装对车体结构强度的影响,阐明了风阻制动结构强度的试验需求。研究结果表明：随着新型复合材料风翼板的应用,需采用高速摄影机记录等方式获取更详细的鸟撞试验过程信息;风载荷试验便于模拟验证不同运行工况下装置的制动能力、强度和气动噪声,但受空间和成本的限制,难以进行制动系统和车体的试验;线路试验可以验证制动性能、运行影响性和结构强度,但受天气条件影响,难以模拟所有运行工况,未来需进一步研究风阻制动的标准试验方法,探索不同装置位置、运行工况和故障状态下地面风载荷试验和线路试验模拟方法,完善试验结果的评价标准。     

大直径钢管桩承载力恢复过程试验研究

针对目前预制桩承载力恢复特性研究与工程应用中的不足,依托西非某海工工程,提出高应变法。采用对同一钢管桩进行初打与不同休止时间复打相结合的试验方法,研究了大直径钢管桩沉桩后的承载力恢复过程。结合地质情况、沉桩与试验结果,得到了钢管桩承载力、侧阻力及端阻力随时间变化的一般规律及影响因素,并通过静载试验对研究结果进行了验证。该研究在提高项目施工效率、降低成本的同时,还得到了有意义的规律与结论,可为后续类似项目提供参考。     

尼铁现代化项目中矩形空心桥台的优化设计

当前常用的时速200 km的铁路矩形空心桥台参考图中的桥台截面尺寸偏厚,安全富余量很大。为节约混凝土圬工量,希望在保证安全的前提下减少桥台截面尺寸。首先提出专门针对铁路矩形空心桥台台身截面计算的荷载图示,然后利用这一新的图示对拉伊铁路项目中使用的常规矩形空心桥台进行有限元分析,经过不断试算提出最优的截面尺寸。在钢筋用量基本不变的情况下,新尺寸桥台较原参考图中桥台的混凝土用量减少10%以上。对于项目所在地尼日利亚国水泥价格高昂的情况而言,桥台尺寸的这一优化将产生较大的经济效益。     

Fitness-for-purpose assessment of cracked offshore wind turbine monopile

In this paper, the procedure for flaw acceptability assessment is examined through a case study of a semi-elliptical surface crack in an offshore monopile as it grows till it forms a through thickness crack. Using the procedure prescribed in an industrial standard (BS 7910), the fracture ratio, K_r is shown to increase monotonically with increasing crack depth. The load ratio, L_r, is initially insensitive to the crack depth. However, there is a rapid increase in L_r when the crack depth to thickness ratio exceeds 80%. L_r values obtained from detailed 3D FE limit analysis using elastic-perfectly-plastic material behaviour do not exhibit the asymptotic behaviour predicted by BS 7910 as the flaw transitions from deep crack to through-thickness crack. Furthermore, K_r predicted by BS 7910 is shown to be an over-estimation for the typical dimensions of offshore monopiles. The findings suggest that a structure with a deep flaw may be identified as unacceptable based on BS 7910 when it may still possess a non-trivial amount of structural residual life. This is a concern for monopiles where crack growth as a large flaw forms a significant part of the total life.     

挂篮底模纵梁受力简化计算方法及承重分配系数

以一桥梁施工工程实例为依托,采用有限元软件ANSYS对桥梁悬臂施工中使用的菱形挂篮进行仿真分析.提出3种简化模式计算底模纵梁的承重分配,对比发现将底模纵梁承受的外荷载简化为集中荷载,并分配至挂篮下前后横梁的方法是最优简化计算方法.在此基础上对挂篮底模纵梁承重分配系数进行优化,从而简化了繁琐的挂篮底模纵梁受力分析计算,保证了挂篮结构设计和施工的安全.     

STX1(2)型驮背多功能运输车超偏载检测标准

分析了STX₁₍₂)型驮背多功能运输车对既有超偏载检测方法和标准的适应性,提出了该车的超偏载检测方案,明确了公路货车或半挂车超偏载的检测方法及评判标准。     

内压载荷下X80管道裂纹应力分布规律研究

为了研究内压作用下管道裂纹应力场分布规律,以含有表面裂纹的X80管道为研究对象,对不同形状、不同方向、不同内压、不同尺寸的含裂纹管道进行仿真分析和实验验证。结果表明:裂纹尖端处应力远大于裂纹中心应力。裂纹形状对应力影响作用较小,随着裂纹方向与管道轴向夹角增大,裂纹尖端应力先增大后减小,随着管道内压、裂纹深度、裂纹长度的增大,裂纹尖端处应力随之线性增大。其中,裂纹长度对裂纹尖端应力的影响小于管道内压和裂纹深度。     

A design method of tensile triangles and low transformation temperature weld metal for reduction of stress concentration and residual stress of welded joints

Stress concentration and residual stress have a significant influence on fatigue life of welded joints. In order to reduce the stress concentration of welded joints, a mathematical design method of tensile triangles (MTT) based on bionics was applied to weld shape design. Accordingly, the stress concentration of various weld beads in the corner boxing welded joint and the fillet welded T-joint was dissected using our in-house FEM software JWRIAN. It was found that there existed a large stress concentration in the conventional welded joints, whereas those welded joints with elongated weld bead were accompanied by a lower stress concentration, especially for elongated weld bead with MTT design. Furthermore, among the weld shapes of the corner boxing fillet welded joint, the rectangle shape of weld bead had the minimum stress concentration factor (1.05). For the fillet welded T-joint with MTT design, the stress concentration of weld toe decreased dramatically with the increase of the index of designed shape, but there was a minor difference of stress concentration at weld root between the weld beads with MTT design. In addition, application of low transformation temperature (LTT) weld metal utilizing martensitic transformation to the fillet welded T-joints can produce compressive residual stress at weld toe.     

冲压机械振动对高铁桥梁及行车动力影响分析

高速铁路桥梁的平顺性和稳定性对运营列车的平稳性和安全性有很大影响。为研究冲压机械产生的外部振动激励对高铁桥梁的影响,首先通过对此机械引起的地面振动进行实测,并结合有限元分析软件,确定最大冲击荷载作用下产生的地面振动及传播至桥墩处的振动;然后通过建立列车-轨道-桥梁耦合动力学模型,将桥墩处的地面振动作为激励输入,分析列车以不同速度通过时车辆、桥梁动力学响应。结果表明:地面冲击振动有限元模型计算结果与实测结果基本相符,验证了模型的可靠性;地面振动对桥梁响应会产生一定的影响,距振源50 m处地面振动对桥梁所产生的影响较距振源80 m处(桥墩处)的大,但对运行车辆的影响很小;随着车速由250 km/h至350 km/h,车辆及桥梁各结构的动态响应均有所增大,但都未超出安全限值。因此,冲压机械冲击作用导致的地面振动对列车-轨道-桥梁系统动态服役性能影响非常有限。