C_(80B)型车车体疲劳寿命分析

轨道车辆在实际运行中所受到的外载荷不是静态载荷,而是随时间不断变化的外载荷;且疲劳破坏成为车辆日常出现问题的主要原因,特别是车辆关键部位焊缝出现的疲劳裂纹,在研发设计阶段,需要借助计算机仿真和疲劳试验两种技术手段。疲劳试验存在着人力、物力、财力投入庞大的明显缺陷,因此利用计算机仿真技术对车体焊接结构焊缝进行疲劳寿命预测显得极其重要。通过介绍美国AAR手册疲劳寿命分析的方法,并以AAR标准中提供的载荷谱为基础以及采用迈纳尔(Miner)损伤累积理论对C80B型货车进行疲劳寿命分析估算,旨在通过对C80B型货车的疲劳寿命计算为以后AAR标准下的货车疲劳分析提供参考。     

基于不同标准的公铁联运铁路货车车体关键焊缝疲劳强度研究

铁路货物运输重载化一直是货运的发展方向,车辆在运行过程中会承受复杂多变的力,致使焊缝开裂事件时有发生。因此,以公铁联运铁路货车的关键焊缝为研究对象,以AAR标准提供的载荷谱为依据,利用AAR标准和BS标准,基于Miner累积损伤理论,对关键焊缝进行疲劳寿命评估,同时运用ASME标准的结构应力法研究车体焊缝的应力分布规律,对比两种方法下精细网格与粗略网格的疲劳寿命里程。通过对公铁联运驮背运输车的关键焊缝的疲劳强度研究,验证了主S-N曲线法对网格的不敏感特性。     

基于多轴准则的货车车体疲劳寿命分析方法

基于变幅应力循环的损伤等效恒幅应力计算方法和形状改变能密度理论,提出承受变幅循环,处于多轴应力状态下的结构的疲劳寿命分析方法。根据几何特征建立焊缝坐标系,计算节点在该坐标系下的应力分量,根据线路实测载荷谱获得节点应力谱;根据应力谱计算节点损伤等效恒幅应力,结合接头抗疲劳设计等级,计算节点材料利用度分量和综合材料利用度,评估结构在指定寿命下的疲劳强度。对敞车车体典型焊缝的疲劳强度进行评估,结果表明所研究焊缝的疲劳强度主要受正应力分量的影响,切应力对结构疲劳强度的影响较小。对比研究不同分析方法下的节点材料利用度特征,结果表明,当考察点具有显著的多轴应力特征时,依据AAR标准提供的方法和依据多轴应力法获得的结构疲劳强度评估结果间存在较大差异;依据多轴应力法进行评估时,所关注节点的材料利用度较采用AAR方法评估的结果小18.5%。采用多轴应力法评估疲劳强度有利于车体结构轻量化设计。     

高速列车车体加速寿命试验载荷谱编制及分析

铝合金车体是高速列车的关键核心部件,设计中需要满足超长疲劳寿命要求。工程中,为避免实际运行中发生疲劳失效,同时降低试验成本,常采用加速寿命试验方法。采用车辆系统动力学方法计算获得车体随机载荷谱,对载荷谱进行处理,得到载荷频次图;基于FKM标准,编制三种载荷比下1×10⁷次循环对应的车体加速载荷谱;采用有限元法,分别施加三种载荷比条件下的载荷谱,得到对应的加速系数;分别采用线性及非线性损伤累积理论,分析载荷块谱的加载顺序对车体损伤累积的影响。得出结论：在原始载荷谱和加速载荷谱作用下,车体结构各点疲劳损伤均小于1,满足设计要求;分别提高载荷比至P=1/3和P=2/3,对应的加速系数为12.75和218.65;载荷谱加载顺序对车体疲劳累积损伤有影响：以P=2/3为例,高-低顺序载荷谱循环632次时,损伤值累积达1,而对应相同的损伤值,低-高顺序载荷谱仅需要循环614次。结果表明车体承受载荷存在低应力幅占优的特点,即低-高加载顺序具有更好的加速效果。对车体加速寿命试验载荷谱的编制及分析方法研究,为车体台架疲劳试验提供理论依据及科学指导。     

构架三种常用疲劳强度校核方法对比研究

对比分析转向架构架三种常用疲劳强度校核方法的差异。分别采用铁路标准中规定的载荷谱、多刚体系统动力学仿真(Multiple rigid body system dynamic simulation,MRBSDS)技术获取的载荷谱和线路动应力测试应力谱等三种方法对某型地铁拖车转向架构架进行疲劳强度校核。通过准静态叠加法将载荷谱转换为应力谱,准静态叠加法中给出应力响应因子(Stress response factor,SRF)的定义,方便载荷谱和应力谱之间的转换。对比方法是将三种方法获取的应力谱线性外推至100万km进行疲劳等效应力计算。计算结果表明,与线路试验相比,利用标准中规定的载荷谱进行疲劳强度校核略偏保守,MRBSDS方法获取的载荷谱无法准确预测疲劳寿命。应力谱频域分析发现,MRBSDS方法计算疲劳载荷谱应朝采用真实且含有高频信号的线路谱和刚柔耦合模型方向发展。     

货车传动系统扭转疲劳载荷仿真

针对货车非线性悬架系统，提出了一种确定货车传动系统扭转疲劳载荷的模拟方法。建立了4自由度双轴货车振动模型，以标准路面功率谱反推算法得到路面不平度为随机输入，用MATLAB／Simulink仿真计算得到车轮上的垂直随机动载荷，并将其转化为驱动轮上的扭转载荷。计算载荷可以用来编制货车传动系统扭转疲劳试验载荷谱、估计零部件的疲劳寿命。     

基于有限元法的摇枕疲劳强度分析

以货车转K6型转向架摇枕为研究对象,建立了摇枕的三维几何模型,采用HyperMesh软件对摇枕进行了网格划分,利用ANSYS有限元分析软件,分别计算了典型载荷工况下的摇枕应力分布,从而确定了摇枕的疲劳薄弱部位并进行了局部优化,根据AAR标准,评价了摇枕的疲劳强度,对摇枕进行了寿命计算分析。     

小应力循环对C70_E型车体疲劳损伤的影响研究

在北京—成都铁路通用线路上做动应力测试试验,试验车组由一辆被测试的C70E型通用敞车和一辆搭载测试设备的NX70型通用平车组成。实测得到C70E型敞车车体疲劳关键部位的应力时间历程。为更准确地研究C70E型敞车车体的疲劳强度,对比分析编制应力谱时取舍应力循环的不同方法,设置不同取舍门槛值,采用雨流计数法将线路实测的时域信号转化为频域信号,编制应力谱。结合Miner线性累积损伤理论,对比分析不同门槛值求得的应力谱对应的疲劳损伤,结果表明小应力循环对车体疲劳损伤有影响。综合考虑结构强度分析的工作量和小应力循环对疲劳损伤的影响程度,以应力范围(最大应力幅值-最小应力幅值)的5%作为编制应力谱的取舍门槛值较为合理。对比各关键部位损伤值,得出车体相对比较薄弱的部位是靠近一位端侧的一位枕梁下盖板与中梁焊接部位和大横梁与侧梁焊接部位。估算C70E型敞车车体的疲劳寿命,满足650万km的设计和运行要求。     

简化等效结构应力法车体焊点疲劳寿命评估应用研究

为简化建模流程和计算过程，引入简化等效结构应力法分析点焊结构的疲劳寿命。首先，介绍简化后的点焊有限元建模及简化等效结构应力法的原理；其次，建立某不锈钢车体(包括点焊接头)的有限元模型，以EN 12663标准中提供的三个方向加速度表示的动态载荷为车体疲劳载荷，对比分析简化等效结构应力法相较其它方法的优势。最后，选取危险部位的12个焊点进行疲劳评估。计算结果表明：基于简化等效结构应力的点焊疲劳预测方法具有较高精度，可以用于点焊车体焊点的疲劳寿命的预测。     

某型飞机单机寿命监控技术研究

用一类疲劳危险部位的寿命代替全机疲劳寿命的方法,对某型飞机的寿命做了定量分析,并基于考虑材料记忆特性的局部应力应变法,对某型飞机的疲劳危险部位进行了标准谱下的寿命计算,计算结果与试验结果较吻合。最后采用局部应力应变法及修正的Manson-Coffin公式,得到了基于飞参数据载荷谱的某型飞机危险部位的实际寿命,并与基于标准谱的疲劳寿命做了对比,为某型飞机的单机寿命监控奠定了基础。     

结构随机振动疲劳寿命估算的样本法

提出了一种结构随机振动疲劳寿命估算的样本法,通过该样本法能够处理在频域内用谱密度描述的宽带随机振动载荷的情况。利用该样本法,首先将频域内的随机振动载荷信号通过抽样使其转换为时域信号;然后用有限元法计算结构危险点的应力谱,再采用变程法过滤掉小载荷而获得危险点的应力谱;最后用传统的疲劳寿命估算方法进行寿命估算,获得危险点疲劳寿命的均值和方差。算例结果表明,采用样本法获得的预测结果与试验值吻合得很好。     

基于裂纹萌生期限的典型零件剩余寿命预测

将有限元分析方法与疲劳寿命预测相结合,以曲轴为对象,对循环载荷导致的疲劳断裂进行了研究。以实际裂纹检测精度定义的疲劳裂纹萌生极限尺寸为计算标准,通过ABAQUS有限元分析计算整体应力应变,采用子结构分析由名义载荷得出的局部最大名义应力载荷谱,结合Ohij疲劳寿命法则准确计算出裂纹萌生期限,实现了基于裂纹萌生的剩余寿命预测。     

A型地铁车体结构疲劳寿命分析

在轨道循环交变应力作用下地铁车体易产生疲劳损伤。获得车体的载荷-时间历程，进行了强度校核；利用雨流计数法获得了循环载荷谱，根据累积损伤理论对A型地铁车体疲劳寿命进行分析，研究了列车速度、二系弹簧垂向刚度与二系弹簧垂向阻尼系数等对车体关键部位疲劳寿命的影响，分别采用逐步回归法和BP神经网络模型对车体关键部位—枕梁疲劳寿命进行拟合与分析。结果表明，BP神经网络模型具有更高的拟合精度。为A型地铁车体结构疲劳寿命的预测提供理论依据。     

铁路货车车体静强度试验台研制

车体静强度试验台是供铁路货车做强度、刚度试验用的设备,也是车钩、钩尾框等各种零部件做拉伸破坏等试验用的设备。通过梳理相关标准规范对车体静强度试验的要求,确定了试验台设计参数;通过方案比选,完成整体结构设计及关键部件应力分析计算。该静强度试验台能够按照TB、AAR等标准要求和《大轴重铁路货车总体技术条件(暂行)》中考核标准对现行铁路货车车体进行拉伸、压缩载荷试验。     

货车焊接结构疲劳寿命预测系统开发与关键技术

基于AAR、BS、IIW、ASME等疲劳分析标准,研发了铁路货车焊接结构疲劳寿命预测专用软件。软件被规划为Verity法、结构应力反求法等7个核心模块,并协同网络数据库系统及通用标准支持系统,构成了软件系统的关键要素。软件中嵌套了基于网格不敏感结构应力技术和主S-N曲线数学模型的最新Verity方法;推导了基于AAR标准的反求结构应力解析式,定义了载荷作用强度及结构损伤因子的数学表达;运用SQL-Server、Access数据库及ADO技术实现了网络数据库支持。最后以钳夹车四轴焊接转向架为例,证明了该软件系统的有效性及实用性。     

从线路条件推算铁路货车车体扭转载荷谱

在有些国家的线路条件中,小半径曲线所占比例很高,会给车体带来变化的扭转载荷。文中介绍了如何通过线路条件来推算铁路货车车体所受的扭转载荷,从而编制扭转载荷谱来对车体的疲劳寿命进行设计预估,保证设计质量。     

某铁路平板车车体强度的多标准联合仿真分析

车体强度对于车体的使用寿命及安全可靠性具有重要意义,国内外对焊接结构的疲劳分析理论与方法也较为完善,但是在同种载荷工况作用下,依据不同的标准技术方法及理论所得的疲劳强度分析也会有所偏差,准确分析车体的疲劳强度显得尤为重要。首先,采用UG、HyperMesh、ANSYS Workbench及HyperView软件的联合仿真平台,构建平板车车体的有限元模型;其次,参照EN 12663-1:2010标准技术要求,依据平板车的静载荷工况完成静强度分析;最后,为准确分析车体的疲劳强度,分别依据BS 7608:1993标准技术方法、AAR标准疲劳分析方法对其进行疲劳强度分析,研究对比不同标准技术方法下的累积损伤值大小,评估标准技术方法的最优选择。计算结果表明:车体的静强度与疲劳强度均满足设计要求,车体静强度下的最小安全系数为1.152;BS 7608:1993标准技术方法下车体疲劳强度的疲劳累积损伤最大值为0.165 7,AAR标准疲劳分析方法下的车体疲劳累积损伤最大值为0.064 9,将两者的疲劳累积损伤值对比后发现,BS 7608:1993标准技术方法下的疲劳累积损伤值较大,结合理论评估方法对比,综合分析表明,采用BS 7608:1993标准技术方法下的疲劳分析相对更全面,结果也相对更保守。     

基于虚拟样机技术的轻型载货汽车车架疲劳寿命预测方法

为准确预测随机动载作用下汽车车架结构的疲劳寿命,将有限元分析与多体动力学相结合。首先建立了车体结构的多体动力学模型,并将根据中国路况得出的仿真路面谱作为输入,计算了车体11个关键部位的载荷历程。然后在车体有限元模型中计算了相应的应力影响因子。同时根据车架材料的S-N曲线和车架本身的特点拟合出了车架结构的S-N曲线。最后,利用MSC-FATIGUE软件基于准静态应力法的疲劳寿命分析技术,预测了车架结构的疲劳寿命。所预测结构寿命在合理范围内,可以作为车架后续轻量化改进的依据。     

桥式起重机随机应力谱获取及疲劳剩余寿命估算

为估算桥式起重机金属结构疲劳剩余寿命,保证起重机使用安全,需要获取结构疲劳核算点应力谱。起重量、起升卸载位置和起重小车是否过中点是获取应力谱的特征参数。通过现场采集特征参数数据,经统计检验,建立特征参数的概率分布模型。采用拉丁超立方抽样,产生特征参数随机数样本,以动态仿真计算疲劳核算点的应力—时间历程,以雨流计数获得双参数应力谱,运用Forman公式估算疲劳剩余寿命。用上述方法对样机进行仿真计算,获得检测周期内10级应力谱,剩余疲劳寿命为32.8年,与试验应力谱计算的疲劳剩余寿命误差为6.26%。试验结果表明,采用仿真应力谱替代试验应力谱进行疲劳剩余寿命评估是可行的,所提出基于"实测+统计+抽样+比对+仿真"组合策略的起重机载荷谱获取和疲劳剩余寿命评估方法,具有周期短、成本低的优点。     

单元大小对货车车体强度及疲劳有限元分析结果影响研究

对C70敞车车体进行三维几何建模,然后分别使用边长为20 mm和30 mm的壳单元对其进行有限元划分,最后基于铁路相关规范分析计算不同单元大小的敞车车体强度,根据IIW标准对敞车车体进行疲劳寿命评估。计算结果显示,在同种工况下,单元大小的改变对车体强度的计算结果影响较小,对疲劳寿命的计算结果影响较大,即车体强度的计算结果对单元大小不敏感,疲劳寿命的计算结果对单元大小敏感。在使用IIW标准计算疲劳寿命时,为了避免单元大小敏感特性,需要在焊缝处进行单元节点细化,保证疲劳寿命计算结果的稳定性。