考虑焊缝疲劳的工程车轮弯曲疲劳寿命分析

工程车轮作为一种典型的焊接结构件,其结构中包含多条焊缝,在车轮弯曲疲劳试验过程中,焊缝承受着较大的动应力,极易产生应力集中并导致裂纹萌生.为对焊缝处进行疲劳分析,在采用逆向工程技术创建包含焊缝在内的工程车轮三维实体模型的基础上,建立了车轮弯曲疲劳分析的有限元模型,分别选择名义应力法和BS7608标准对车轮焊缝区和非焊缝区进行疲劳分析,得到工程车轮的弯曲疲劳寿命,与不考虑焊缝的车轮弯曲疲劳寿命对比,工程车轮弯曲疲劳最危险的位置为轮辐和轮辋角接焊缝处而非轮辐的螺栓孔附近.最后对上述仿真和计算结果进行了试验验证,证明了包含焊缝的车轮有限元模型和分析方法的正确性.     

钢制组装式车轮的轻量化设计及多目标优化

设计了一种以热轧高强钢作为内轮辋、低碳钢作为外轮辋材料的异种钢材组装式车轮,提出一种车轮多种工况下循环载荷疲劳耐久试验方法,对车轮进行疲劳寿命预测. 基于有限元法,计算不同位置下施加载荷时车轮的强度、刚度,不同应力频率下的疲劳寿命和安全系数,并分析出局部大应力关键部分. 以转弯工况建立参数化模型,定义了8个结构设计变量,利用最优拉丁超方实验设计方法选取初始样本点,拟合了车轮Kriging近似模型,以车轮最小质量、疲劳寿命和疲劳寿命安全系数最大为目标,并以应力、最大形变量为约束,对车轮进行多目标优化,并进行弯曲疲劳试验验证. 结果表明,异种钢材组装式车轮在优化后,性能良好,满足设计寿命要求,质量较优化前车轮减重9.73%.     

CRH5型高速动车组车轮轮辋疲劳寿命分析

根据国内外车轮相关标准,采用基于有限元法的疲劳寿命分析方法分析了动车组车轮轮辋疲劳寿命。根据UIC510-5和BS EN13979标准,确定了车轮运行过程中的载荷工况,进而编制了动车组车轮在不同工况下的载荷谱。借助有限元软件分析了不同工况下动车组车轮的应力状态并获得了轮辋危险部位的应力谱,结合轮辋材料的S-N曲线和Miner法则对直道、弯道和道岔工况下车轮轮辋危险部位的疲劳寿命进行了估计。结果表明:道岔工况对轮辋危险部位寿命影响最为严重,而直道和弯道的影响相对较小。分析结果为确定车轮的安全检修周期提供了一定的理论依据,对高速动车组的安全运行有实际指导意义。     

铁路机车车轮辐板疲劳分析

针对机车车轮源于锈蚀坑的辐板疲劳断裂,参照AAR S-669标准,按照Sines准则,并考虑热载荷、抛丸残余应力和表面缺陷的影响,使用有限元软件ANSYS进行疲劳分析。结果表明:车轮的结构设计符合AAR S-669的要求;若车轮无表面缺陷,即使车轮未经抛丸处理且承受大的热载荷,也不可能发生疲劳;若车轮有表面缺陷且承受大的热载荷,随着应力集中系数的提高,将可能发生疲劳。     

机械弹性车轮疲劳寿命及其影响因素研究

为提高机械弹性车轮的可靠性和耐久性,对其疲劳寿命进行了研究。结合机械弹性车轮的结构及承载方式,建立了疲劳试验的有限元模型;采用幅值、频率相同的正弦载荷和余弦载荷模拟车轮骨架载荷循环过程;基于Miner线性疲劳累积损伤理论进行疲劳寿命预测。分析表明:车轮骨架的疲劳破坏主要集中在弹性环组合卡与铰链组的连接部位,最小疲劳寿命为4.03×10~5次;随着铰链组个数、铰链组横截面积的增加,疲劳寿命呈非线性增加;随着实际负荷的增加,疲劳寿命呈下降趋势。     

基于ABAQUS的汽车铝合金车轮旋转弯曲试验的数值模拟

基于旋转弯曲试验,运用有限元分析软件ABAQUS建立某铝合金车轮有限元模型,进行了车轮旋转弯曲疲劳试验的数值模拟,分析了车轮结构的薄弱处,并进行了改进设计．同时,对改进前后的车轮进行了实际的旋转弯曲台架试验,改进后的车轮通过了实际试验,与数值模拟结果一致．研究表明,有限元方法可以较好地模拟铝合金车轮旋转弯曲试验．     

基于疲劳和13°冲击性能的组装式车轮优化设计

为了研究车轮的13°冲击性能,提出了一种基于疲劳和13°冲击性能的车轮结构设计和优化方法。以16×61/2J型车轮为研究对象,基于动态弯曲疲劳试验和动态径向疲劳试验对车轮进行了联合拓扑优化,设计了一个镁合金轮辋和铝合金轮辐的组装式车轮结构。建立了组装式车轮13°冲击试验的有限元模型,基于不同应变率下AZ91D镁合金和6061铝合金的材料本构模型分别分析了冲锤正对辐条和正对窗口冲击两种工况下车轮的应变,并研究了13°冲击性能与车轮结构之间的关系。利用网格变形技术建立了组装式车轮在两种工况下的参数化模型并定义了12个设计变量,使用Isight软件平台集成DEP-MeshWorks和LS-DYNA软件建立车轮多目标优化模型,利用最优拉丁超立方和Box-Behnken设计拟合了径向基RBF网络近似模型并验证了近似模型的精度。利用所建立的近似模型,以车轮质量和冲锤正对辐条冲击时轮辐的最大应变最小为目标,其余应变为约束,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对车轮进行了多目标优化设计。得到了Pareto前沿,综合考虑了车轮13°冲击性能条件下,选取了一个妥协解作为优化设计结果。结果表明:在满足车轮各项13°冲击性能要求的条件下,优化得到的组装式车轮与同型铸造铝合金车轮相比减重30.65%。     

5种疲劳计数方法对疲劳寿命预估的影响

选用11种疲劳计数统计处理方法中的5种计算机程序,对二汽技术中心EQ-140车轮轮辐实测的动载数据进行处理,根据处理结果编制成疲劳载荷谱,并转换成应力谱,用Minner法则进行疲劳寿命估算,得出5种不同的疲劳寿命估算结果,从而分析得出不同疲劳计数统计方法对疲劳寿命的影响。     

车轮钢Ⅱ型疲劳裂纹扩展门槛值的研究

利用升载法对车轮钢进行II型疲劳裂纹扩展试验,采用ANSYS软件对II型加载试件建立有限元模型,计算II型裂纹尖端应力强度因子,研究加载力值比R对车轮轮辋Ⅱ型疲劳裂纹扩展门槛值ΔKIIth的影响。结果表明:车轮轮辋II型疲劳裂纹扩展门槛值ΔKIIth随加载力值比R的增加略有降低;在相同R的条件下,ΔKIIth与I型疲劳裂纹扩展门槛值ΔKIth基本相当。     

用改进的史密斯公式预测汽车车轮疲劳寿命

根据疲劳寿命预测理论,将史密斯公式作适当的改进,使之包含影响高周疲劳寿命的因素。引用LBF研究所的八级载荷谱作为车轮工作时的载荷谱,用有限元分析的应力值作为基本参数,将改进后的史密斯公式用于车轮的疲劳寿命预测,并以车轮弯曲疲劳试验结果验证此种方法预测寿命的可信性。     

钢桥面板U肋与顶板焊根疲劳寿命预测方法对比分析

为了对正交异性钢桥面板U肋与顶板焊缝疲劳细节进行轮载作用下受力分析及损伤度预测影响因素分析,以南京长江三桥及实测车流数据为背景,建立多种有限元模型,对不同的疲劳效应计算方法进行对比分析.结果表明:钢桥面板的应力幅计算中,采用国内车轮横向分布模型所计算的轮迹修正系数约为欧洲规范车轮横向分布模型的0.7~0.8倍.基于累计损伤破坏准则,名义应力法偏安全;有效缺口应力法的预测稳定性不够;针对文中钢桥面板细节的有限元疲劳寿命预测,1 mm热点应力法理论性强,结果稳定性好,结果最为精确.建议使用该方法对钢桥面板顶板与横隔板细节进行疲劳预测.     

车辆多轴恒动载作用下柔性路面疲劳寿命研究

为研究车辆多轴移动恒动载作用下柔性沥青路面的疲劳寿命,采用有限元分析软件ABAQUS建立考虑柔性沥青路面粘弹性的三维有限元模型,计算车辆多轴移动恒动载作用下柔性沥青路面应变响应,并应用应变疲劳模型对柔性沥青路面进行疲劳寿命预测。预测结果表明,在车辆多轴移动恒动载作用下,沥青各层的3个方向应变响应均不相同,沥青下面层底面的横向拉应变数值最大;以车辆前轴和中、后轴车轮的路面疲劳损伤度代替其他轴的路面疲劳损伤度,预估路面疲劳寿命分别为2.813×1011和1.037×1011,相对于以车辆前轴和中、后轴车轮的路面疲劳损伤度,一起预估路面疲劳寿命分别增大114.08%和减小21.08%。该研究可为路面结构的设计与路面寿命评估提供参考依据。     

铁路车轮裂纹在线检测方法研究

早期发现车轮的初始疲劳裂纹是避免铁路车辆行车事故的最有效的方法。采用弹性力学的理论．分析了疲劳裂纹产生时弹性波的主要传播形式及声发射现象，分析了疲劳裂纹信号与噪声信号在波形、频率和幅度上的明显区别，提出了洲量点位的确定原则和用宽带声发射传感器接收疲劳裂纹信号采取的措施及硬软件去噪的方法。建立了应变能与疲劳裂纹信号之间的数学模型。通过高保真宽带传感器实时真实地获取被测材料结构中产生的宽带声发射信号，并分析研究源产生的超声波模式，找出对应模式波的内在持征，即可进行缺陷的参数识别和定位。为车轮早期疲劳裂纹的识别提供了一种新方法。     

无内胎车轮问世

沈阳汽车车轮厂不久前研制成功 51/2JJ× 14无内胎车轮。 　　51/2JJ× 14无内胎车轮是为沈阳金杯客车制造有限公司生产的 SY6840轻型客车配套的产品,其是参照国外样品开发的。此车轮具有外型美观、性能优越、经久耐用等特点。车轮的径、轴向跳量均可控制在 1.2mm以内,经长春汽车研究所进行弯曲疲劳试验和径向疲劳试验及气密性试验表明,符合规定的标准,另外装车运行证明,此车轮质量稳定、可靠,保证了整车的要求,是具有 90年代先进水平的新车轮。 无内胎车轮问世@W.QD     

铝轮毂疲劳试验仿真分析方法的研究

为了研究铝轮毂的疲劳试验仿真方法,以铝轮毂弯曲疲劳试验为例,应用MSC.Software系列软件实现了该产品试验的疲劳仿真分析,详细地探讨了疲劳仿真分析技术的流程及实现过程,从仿真分析计算所得的疲劳寿命云图中,可直观地判断出该车轮的疲劳发生的危险区域,从而实现了在产品设计阶段对产品疲劳寿命的预测,为其改进设计提供了计算依据.     

横向路拱引起路面疲劳破坏的差异研究

为研究高速公路横向路拱引起的车辆左右轮下的路面疲劳差异破坏，利用有限元软件ANSYS对高速公路横向路拱引起的路面差异破坏进行计算研究.计算了标准轴载下路面结构的疲劳寿命年限，提出了疲劳寿命差异系数的概念，分别研究了左右轮下面层剪切疲劳破坏差异和底基层拉伸疲劳破坏的差异，解释了在道路上总是车轮右侧路面龟裂或裂缝严重，而左侧损坏相对较小的现象.研究认为：车轮左右两侧路面疲劳破坏寿命是不同的，并且两侧路面的疲劳寿命差异系数随着横拱坡度的增加而急剧增大；随车辆重心高度的增加而增大.     

横向路拱引起路面疲劳破坏的差异研究

为研究高速公路横向路拱引起的车辆左右轮下的路面疲劳差异破坏，利用有限元软件ANSYS对高速公路横向路拱引起的路面差异破坏进行计算研究．计算了标准轴载下路面结构的疲劳寿命年限，提出了疲劳寿命差异系数的概念，分别研究了左右轮下面层剪切疲劳破坏差异和底基层拉伸疲劳破坏的差异，解释了在道路上总是车轮右侧路面龟裂或裂缝严重，而左侧损坏相对较小的现象．研究认为：车轮左右两侧路面疲劳破坏寿命是不同的，并且两侧路面的疲劳寿命差异系数随着横拱坡度的增加而急剧增大；随车辆重心高度的增加而增大．     

基于多轴载荷投影构建轮辋双轴疲劳损伤模型

针对轮辋疲劳试验载荷谱编制过程中损伤等价和试验加速的难点,结合轮辋结构自身特点,从损伤等效的角度对实际工况中轮辋承受的载荷进行了较为全面系统的分析,引入了多轴载荷投影的概念,构建了轮辋双轴疲劳损伤模型,在此基础上提出轮辋双轴疲劳试验载荷谱编制和试验加速的方法。在公共道路典型路面实车采集了约5000 km车轮轮辋时域数据,采用本文方法对获得的数据开展了轮辋双轴疲劳损伤的等效分析。结果表明：相较于单轴的轮辋径向疲劳试验和弯曲疲劳试验,本文提出的轮辋双轴疲劳试验方法在复现实际工况损伤方面具有显著的优越性。     

城市轨道交通钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生预测

采用基于能量密度法和临界平面法的裂纹萌生预测模型以及基于Archard磨耗理论的磨耗模型,建立考虑磨耗和型面变化的裂纹萌生模型,分析城市轨道交通U75V热轧钢轨表面滚动接触疲劳裂纹萌生寿命和相应的磨耗发展率.分析结果表明:U75V热轧钢轨在上道初期疲劳累积损伤呈近似线性的缓慢增加趋势,车轮累积次数约20 000次后,疲劳累积损伤快速增加.U75V热轧钢轨型面平均磨耗发展率为5.706 9×10~(-4)μm/次,疲劳裂纹萌生寿命为车轮累积通过次数3.35×10~5次.     

欧洲两种货车车轮的疲劳强度与制动热力学分析

按EN13979-1标准,对2种典型Φ920mm货车轮进行了疲劳强度及制动热力学分析,两型车轮疲劳强度均超过标准要求,但其多年的运行表明,疲劳特性适用于23.5吨轴重,120km/h时速运行条件。两型车轮制动热力学得到的残余应力与变形量接近或超过标准要求,表明其制动热力学性能不足以满足长坡制动的运行需求。