复杂载荷下火车轮轴的有限元分析

目的：通过对火车轮轴在复杂载荷作用下的有限元分析，实现火车轮轮结构与体积的优化。方法：使用Solidworks建立参数化三维模型，采用通用的有限元分析系统ANSYS进行分析，对火车运行中复杂情况（主要受到机械力和由于刹车而引起的热应力）进行简化，对接触部分采用合理的接触单元模型，结果：分别求出了轮轴在不同边界条件下的应力分布情况。结论：实现火车轮轴的优化设计，优化后轮轴的最大应力均小于屈服应力，满足我国铁路的标准要求。     

多体摩擦型接触问题的边界元与有限元耦合法

结合巨型泄洪引水闸门４００ｔ压力定轮轴瓦的应力计算与理论分析,提出了多体摩擦型接触问题的边界元与有限元的耦合解法,并将有限元的子结构法引入到多体摩擦型接触问题的边界元与有限元耦合计算中,提高了求解大型和复杂多体接触问题的功效。本方法也适用于非接触区情况比较复杂的其它多体接触问题。     

大型上承式桁架拱渡槽的三维有限元分析

采用三维有限元的方法对南水北调某渡槽的初步设计方案进行了分析,得到了组合工况下整体的变形和应力分布规律.根据受力情况对平板橡胶支座的接触方式进行了简化,降低了计算量.针对拱脚压应力较大的情况,进行了局部加大的优化处理,取得了较好的效果,为工程设计提供了科学依据.     

平面接触问题有限元计算

通过和实际结构相同的平面接触模型的光弹性试验与有限元计算应力分布的对比，验证了ＭＡＲＣ有限元计算程序在进行气门杆头部接触问题的应力分析时的可靠性；采用多级有限元计算法对具有分析解的典型接触问题接触区应力进行分析，证明经过多级网格逐级细化有限元计算可以精确分析接触面附近的应力分布，为应用有限元法分析接触问题提供了有效的途径     

钢筋混凝土板非线性有限元分析

对钢筋混凝土板的截面采用分层组合模型能较好反映板受力后的开裂、应力、应变与裂缝开展等情况,并考虑混凝土在双向受力作用下的非线性性能.采用三角形薄板单元,对钢筋混凝土分层组合模型建立单元刚度矩阵.编制了非线性有限元分析程序,对所试验的复杂支承条件的钢筋混凝土板做了分析,分析结果与试验数据基本相符.有限元计算分析结果对实际应用具有参考价值.     

金属基／陶瓷涂层的接触应力有限元分析

以球形压头为模型,采用I-deas CAD/CAE软件对Hertz弹性接触状态下金属基／陶瓷涂层的应力分布情况进行了理论建模;并基于静态模型,计算了在不同的涂层厚度／接触半宽度比和涂料／基体弹性模量比情况下的应力分布情况。论述了无涂层弹性半空间体的有限元分析结果与经典的Hertz 接触力学解析解结果的一致性,计算结果有助于工程中陶瓷涂层的设计与可靠性应用。     

V形刚构梁拱组合桥最不利位置局部受力分析

V形刚构梁拱组合桥受力体系复杂,用有限元法计算分析桥梁结构时,工程上普遍采用几何小变形、材料线弹性假定,将桥梁整体等效为梁结构或者是杆系结构。为了能够准确得到V形刚构和牛腿处的局部应力分布,以永安大桥为例,利用大型通用有限元软件Abaqus建立三维有限元模型,对整桥模型进行实体单元离散,考虑几何非线性、接触非线性等因素,采用实体单元、杆单元、弹簧单元分别来模拟混凝土、钢筋、桩基,对成桥阶段的六种主要工况进行仿真计算,确定每种工况下的最不利位置及相应的应力分布情况,并指出了各位置最危险工况,为设计与施工提供指导。结果表明:除牛腿接触位置外,桥梁整体拉、压应力水平均较低,整桥在成桥阶段是安全的。     

接触问题对曲轴有限元分析的影响

为准确模拟曲轴的实际工作状况,利用软件ANSYS11.0对曲轴强度进行了三维整体模型有限元分析。采用轴承接触约束边界条件,模拟了曲轴与轴承之间的接触状态。以三缸液压约束活塞发动机曲轴为例,分析了接触约束对曲轴部件有限元结果的影响。结果显示：在压缩和拉伸工况下,最大等效应力和变形相差不大。说明,轴承接触有限元模型满足强度约束,能够比较真实地模拟曲轴工作的实际状况。     

基于ANSYS Workbench的电动车车架疲劳分析

为优化电动车车架设计及后续改进,通过三维软件Solidworks对电动自行车车架进行三维建模,并导入ANSYS Workbench软件从而获得有限元模型.根据车架实际试验要求,对有限元模型进行结构的静力分析,获得车架各部分应力应变情况,随后分别进行恒定载荷疲劳分析和随机载荷疲劳分析;在此基础上,对车架在不同工况环境下的寿命进行分析评估,探讨不同工况下寿命随载荷的变化情况,找出应力集中部位和容易产生失效的部位.     

XG958轮式装载机车架等强度优化设计

为了降低车架在危险工况的应力,提高车架材料的效能并减轻车架的重量,采用有限元方法分析了各种工况下XG958轮式装载机车架的应力分布.根据分析结果对车架结构进行了改进,采用模糊优化方法,以前后车架总重量为目标函数,车架每块钢板上的最大应力为约束条件,对车架结构进行了等强度优化,并对优化前后车架的应力分布情况进行了比较.结果表明,车架结构经过改进及优化后最大应力值下降了112MPa,重量减轻了96kg,应力分布也较优化前均匀.     

Damage tolerance of fractured rails on continuous welded rail track for high-speed railways

Broken gap is an extremely dangerous state in the service of high-speed rails, and the violent wheel–rail impact forces will be intensified when a vehicle passes the gap at high speeds, which may cause a secondary fracture to rail and threaten the running safety of the vehicle. To recognize the damage tolerance of rail fracture length, the implicit–explicit sequential approach is adopted to simulate the wheel–rail high-frequency impact, which considers the factors such as the coupling effect between frictional contact and structural vibration, nonlinear material and real geometric profile. The results demonstrate that the plastic deformation and stress are distributed in crescent shape during the impact at the back rail end, increasing with the rail fracture length. The axle box acceleration in the frequency domain displays two characteristic modes with frequencies around 1,637 and 404 Hz. The limit of the rail fracture length is 60 mm for high-speed railway at a speed of 250 km/h.

     

An experimental study on the effects of friction modifiers on wheel–rail dynamic interactions with various angles of attack

By modifying friction to the desired level, the application of friction modifiers (FMs) has been considered as a promising emerging tool in the railway engineering for increasing braking/traction force in poor adhesion conditions and mitigating wheel/rail interface deterioration, energy consumption, vibration and noise. Understanding the effectiveness of FMs in wheel–rail dynamic interactions is crucial to their proper applications in practice, which has, however, not been well explained. This study experimentally investigates the effects of two types of top-of-rail FM, i.e. FM-A and FM-B, and their application dosages on wheel–rail dynamic interactions with a range of angles of attack (AoAs) using an innovative well-controlled V-track test rig. The tested FMs have been used to provide intermediate friction for wear and noise reduction. The effectiveness of the FMs is assessed in terms of the wheel–rail adhesion characteristics and friction rolling induced axle box acceleration (ABA). This study provides the following new insights into the study of FM: the applications of the tested FMs can both reduce the wheel–rail adhesion level and change the negative friction characteristic to positive; stick–slip can be generated in the V-Track and eliminated by FM-A but intensified by FM-B, depending on the dosage of the FMs applied; the negative friction characteristic is not a must for stick–slip; the increase in ABA with AoA is insignificant until stick–slip occurs and the ABA can thus be influenced by the applications of FM.

     

FBG反射谱展宽效应在轨道传感器中的应用研究

实验验证了光纤Bragg光栅(FBG)在非均匀应力下的反射谱展宽效应,并将这种展宽效应应用于轨道列车轮重、位置和轴数的监测。将FBG传感器置于铁轨特定位置,当受非均匀应力时,列车轮重的增加会引起FBG反射谱展宽,反映为检测光强增大。利用模型验证了FBG反射谱分别在温度、均匀应力及非均匀应力下的变化,根据有限元分析模拟铁轨模型的应变分布,进而通过模型实验和实际测试验证了这种方案的可行性。     

城轨地铁用车轴强度计算分析

为了保证某城轨地铁车辆的行车安全,对其车轴强度进行了分析。参照标准EN13103中的材料力学计算方法,选取该车轴的7个截面,计算出各截面的合力矩、应力以及安全系数。结果表明,车轴危险截面位于轮座与刹车盘座圆弧过渡处和刹车盘座与轴身圆弧过渡处,且最大计算应力小于许用应力,满足车轴强度设计要求。     

三轴移动载荷对半刚性路面性能影响分析

为研究多轴车辆移动载荷对半刚性路面性能影响规律,针对半刚性路面的特点,依据弹性层状体系理论,将半刚性路面的沥青层、半刚性基层、半刚性底基层及土基层按线弹性考虑,建立了半刚性路面的三维有限元分析模型,分析了车辆三轴移动载荷对半刚性路面性能影响。结果表明,3轴载荷作用下路面应力变化与车辆轴数有关,当车桥依次驶过路面时,路面应力出现3次突变,沥青层三向压应力、半刚性基层和底基层的垂直压应力、横向拉应力和水平拉应力均增大,最大拉应力出现在半刚性基层和底基层结合处;前轴驶过时轮迹带中心区域各层的横向剪应力最大,后轴驶过时轮迹带边缘区域各层的横向剪应力最大,最大值出现在沥青层底部;中轴驶过时路面各层的水平剪应力最大,最大值也出现在沥青层底部。因此,设计路面结构时,半刚性基层和半刚性底基层应选取抗弯和抗拉强度较高的材料,并应加强沥青面层的抗剪强度。     

起重机小车偏斜对轮轨接触状态的影响

利用有限元分析软件Ansys对轮轨系统进行弹塑性静力分析,建立起重机小车在运行中发生偏斜和不发生偏斜两种工况下的有限元模型,研究这两种不同工况下轮轨系统所受应力的分布状态. 结果表明,小车运行中发生偏斜时,轮轨承受更大的应力,最大应力区集中分布在小车偏斜方向的半边轨道上,且轮缘与轨道之间发生接触,导致轮轨更易磨损.     

全挂车轮转向装置设计

全挂车转向装置分为轴转向和轮转向两种形式。由于轮转向装置转向角度小 ,制造工艺复杂 ,成本高 ,一般较少应用。但全挂车采用轮转向装置可降低车厢地板高度 ,且其机动性较轴转向全挂列车好。推导了轮转向传动连杆机构的解析关系式及优化设计目标函数和约束条件 ,并给出了相应算例     

车轮踏面异常磨耗对轮轨关系影响分析

利用多体动力学分析软件SIMPACK建立了地铁车辆动力学分析模型,选取异常磨耗后的几种典型钢轨型面,通过考虑轨道表面不平顺和轮轨蠕滑等非线性因素,研究了车轮踏面异常磨耗对轮轨接触行为和动力学行为的影响。结果表明：车轮踏面异常磨耗影响轮轨接触点的分布,从而进一步影响车辆的动力学性能;轻微磨耗后的踏面轮轨型面匹配较好,轮轨动力学行为相比原始轮轨型面有所改善;车轮踏面异常磨耗后的车辆动力学性能大大降低,尤其是在通过小半径曲线时,车辆动力学性能较差;车轮踏面两沟槽磨耗对车辆动力学行为影响明显大于一沟槽磨耗的车轮踏面。     

软路面激励下拖拉机前桥的动态特性

建立了拖拉机整机７自由度的数学模型，着重分析了拖拉机前桥系统的传递特性和动态响应，通过拖拉机在ＭＴＳ道路模拟机上的激振试验对上述理论分析结果进行了验证。     

油介质下轮轨粘着特性数值分析-研究生论坛

基于二维滚动接触理论和部分弹流理论,建立了微凸体接触情况下的稳态部分弹流数值模型,运用多重网格法对油介质工况下的轮轨黏着特性进行数值仿真研究。利用所建立的数值仿真模型研究了轮轨接触压力分布情况,分析了滚动速度、载荷、轮轨表面粗糙度等参数对轮轨黏着特性的影响。结果表明:油介质条件下轮轨接触区的宽度比干态下要宽,是干态下接触区宽度的1.5倍左右;油介质下的轮轨黏着系数明显小于干态下的黏着系数;轮轨黏着系数随着速度的增加逐渐减小,随接触压力的增加而降低,随轮轨表面粗糙度的增加而增大。