基于动应力的地铁构架疲劳损伤与疲劳寿命计算

作为轨道车辆走行部的极关键结构,转向架构架的服役安全性受到极大重视与关注。以新设计的地铁车辆动车转向架样本构架为研究对象,基于其在位使用状态下的动应力进行疲劳损伤与疲劳寿命研究。结合车辆运行状态数据,研究构架关键部位的损伤分布特征,分析构架疲劳损伤快速累积的原因。针对样本构架关键部位：计算其裂纹萌生寿命;基于雨流计数后的应力幅子样完成应力幅分布核密度估计;建立裂纹扩展模型,采用蒙特卡洛法与反函数法计算构架关键部位不同运行里程下的累积失效概率。结果表明,构架累积失效概率随运行里程增加而快速增加,裂纹萌生后对应于97.5%可靠度的运营里程为3万km;构架疲劳寿命为裂纹萌生寿命与扩展寿命之和,97.5%可靠度下为48.39万km。研究结果为进一步提升构架抗疲劳设计、优化转向架检修周期提供研究基础。     

基于频域法的转向架构架疲劳寿命研究

传统的转向架构架疲劳设计大多采用常幅加载,与构架实际运行中所受的随机激励明显不符,从而导致构架整体疲劳强度过量设计和局部结构抗疲劳不足的问题。首先利用逆傅里叶变换法对某随机过程信号进行了时域和频域数值模拟转换,并与该信号的解析值进行比较,验证了所建立的载荷历程正确性和合理性。然后基于逆傅里叶变换法和三次样条差值法,分别给出了轨道垂向不平顺和水平不平顺的位移、速度、加速度功率谱数值模拟方法。最后,以某高速转向架为例,对其进行了考虑车体以及构架各轮对之间相互作用的多点多轴随机振动分析,真实模拟了构架运行工况,并对构架结构疲劳薄弱位置进行了预测。研究结果表明,频域疲劳计算方法能较好地预测振动疲劳,为构架的抗疲劳设计和优化提供了一种新的方法。     

高速列车转向架构架载荷特征及疲劳损伤评估

利用载荷标定方法制作轴箱弹簧力传感器和一系减振器力传感器,线路测试得到动车转向架构架的垂向载荷时间历程。结合车载GPS信号和陀螺仪信号,分析列车起动加速、高低速直线运行、线路曲线通过、电机扭矩波动、制动停车等典型工况下构架载荷的变化特征。采用有限元仿真分析的方法确定构架端部的疲劳危险区域及载荷与应力的传递关系,进而编制构架在轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷和耦合载荷作用时的应力幅值谱,最后依据疲劳损伤线性累计准则计算得到构架的疲劳损伤分布。研究结果表明,与构架非动力侧相比,构架动力侧轴箱弹簧载荷受电机输出扭矩的影响较大,尤其在列车起动、制动、电机扭矩波动等工况载荷变化明显。在轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷单独作用时,构架端部的应力较大位置分布基本一致,最大载荷-应力传递系数为6.56 MPa/kN。在耦合载荷作用下,构架端部各测点处的疲劳损伤值均高于轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷的单独作用。列车由速度200km/h增大至350km/h时,构架一位侧疲劳危险点的累计损伤值由0.078增大至0.435,增大了约4.6倍。在同一速度级下,一系减振器载荷产生的疲劳损伤影响参数大于轴箱弹簧载荷。研究结果...     

基于Simsolid的动车组转向架构架疲劳分析

目前,转向架构架的疲劳CAE分析都是基于传统的离散有限元法,分析之前,需对转向架构架进行网格划分,其网格质量对分析精度产生重大影响。然而,动车组转向架构架的结构十分复杂,要想得到符合计算要求的有限元网格,除了需要具备高超的网格划分技巧外,还需花费工程师大量的时间。本文采用无网格方法,基于Simsolid软件,实现了动车组转向架构架的疲劳耐久分析。该方法仅花费了传统方法三十分之一的时间,且保证了足够的计算精度,具有重要的工程意义。     

基于刚柔耦合的转向架构架关键部位疲劳分析

以某型地铁车辆转向架构架为研究对象,根据结构模态综合法基本原理,通过有限元模态分析对构架进行主自由度缩减,得到构架模态中性文件。建立地铁车辆刚柔耦合多体动力学模型,利用多体动力学仿真,得到不同工况下构架关键部位的应力时间历程变化趋势。最后采用惯性释放法对构架关键部位进行准静态应力分析,依据车辆刚柔耦合多体动力学模型得到转向架构架关键部位的边界载荷,结合材料的S-N曲线,最后通过虚拟疲劳仿真的方法预测构架关键部位的疲劳寿命。     

MB-1新型客车转向架构架的疲劳寿命分析

采用有限元分析软件，建立了MB-1新型客车转向架的有限元模型，而后利用有限元方法和疲劳寿命分析软件，基于Neuber缺口修正方法对该转向架进行了疲劳寿命分析，并给出了该转向架构架的疲劳寿命分布的云纹图，结果表明其满足强度和疲劳性能方面的要求。转向架构架的疲劳寿命分析具有重要的实际意义，它将成为产品开发设计中不可缺少的组成部分。     

基于线路试验的转向架构架疲劳可靠性分析

为提升转向架构架疲劳可靠性分析的准确性,预防等效应力和疲劳强度随时间变化导致的疲劳失效,提出一种基于等效时变动态应力-强度干涉模型的疲劳可靠性分析方法。对预评估转向架构架进行线路试验跟踪测试,采用双参数雨流计数法对实测随机应力-时间历程进行处理,建立用于疲劳可靠性分析的应力谱,并根据Miner法则和疲劳损伤等效原则获得对称循环等效应力。结合连续时间模型和伊藤引理,构建等效应力和疲劳强度的一维布朗运动方程,并以疲劳强度大于等效应力为可靠性判据,提出转向架构架的等效时变动态应力-强度干涉模型,分析构架服役寿命与疲劳可靠度的关系。以某型号转向架构架横梁与吊座连接处为对象,基于实测线路试验数据,验证方法的有效性。结果表明：转向架构架服役1200万公里的疲劳可靠度为74.46%,较传统方法偏于安全。由于考虑了等效应力和疲劳强度的时变性与动态性,使得分析结果更加准确,可为焊接结构的疲劳可靠性评估与结构优化提供参考。     

基于动应力时域外推的构架疲劳寿命评估方法

获取具有代表性的动应力时域信号是对车辆进行结构疲劳分析的重要前提,仅依靠短时间测试所得的动应力时域信号进行疲劳寿命评估,其结果并不能反应结构在较长时间历程,甚至是全寿命周期下的抗疲劳服役性能.以某动车组转向架转臂定位安装座焊缝附近的某测点为算例,提出了基于极值理论的动应力时域外推的疲劳寿命评估方法.首先,选取该测点在镟...     

基于刚柔耦合的轨道车辆转向架构架疲劳分析

对某型地铁车辆转向架构架在运行使用过程中局部区域出现裂纹的问题,首先,基于固定界面模态综合法,通过构架主自由度缩减得到了该型构架柔性体模型,从而建立该型地铁车辆刚柔耦合多体动力学模型;然后,结合一种基于柔性体计算结构动应力的方法,探讨该型构架的动应力响应,得到该型构架的振动特性;最后,采用准静态应力叠加法对构架电机吊座结构进行了疲劳寿命预测。仿真结果与该型构架实际出现疲劳破坏的位置吻合,从而验证了基于刚柔耦合模型对构架进行疲劳分析方法的正确性。结果表明,利用这种方法可以在构架前期开发阶段为其疲劳寿命预测提供理论依据。     

高速动车组动力转向架结构疲劳分析

本文以和谐号CRH380B动车转向架为研究对象,根据UIC615-4动车转向架加载标准,应用Workbench软件对构架首先进行了静强度分析和经典疲劳强度分析,由此确定了相对薄弱的关键节点。然后运用UM多体动力学仿真软件,施加路谱激励、求得构架的垂向和横向动态载荷谱;运用nCode DesignLife疲劳分析软件,将动态载荷谱施于构架的承载位置,进而求得构架的疲劳寿命云图。由于构架的疲劳寿命试验成本昂贵且实验局限性很强,因此本文的仿真计算为动车转向架的疲劳寿命求解提供了一个值得借鉴的方法。     

动车组转向架构架加工工艺分析

介绍了动车组转向架构架加工的工艺设计过程,通过对动车组构架加工过程各环节的分析,达到了优化工艺流程的目的,为行业内同类产品的工艺流程设计提供了参考。     

不同焊缝类型对宽轮距转向架构架疲劳分析的影响

转向架是单轨车辆核心的部件之一,承担着车辆的牵引、制动和承载作用,直接影响到车辆运行的安全性和可靠性.其中构架又是转向架的承载主体,传递并衰减轮轨与车体的振动.宽轮距转向架构架通过焊接和大量螺栓连接,事实上,在复杂的动载荷作用下,疲劳破坏主要从焊缝和螺栓连接处开始.对于焊接结构,由于焊接接头部位存在较大的应力集中,且常...     

MB-1新型客车转向架构架的疲劳寿命分析

采用有限元分析软件,建立了MB-1新型客车转向架的有限元模型,而后利用有限元方法和疲劳寿命分析软件,基于Neuber缺口修正方法对该转向架进行了疲劳寿命分析,并给出了该转向架构架的疲劳寿命分布的云纹图,结果表明其满足强度和疲劳性能方面的要求.转向架构架的疲劳寿命分析具有重要的实际意义,它将成为产品开发设计中不可缺少的组成部分.     

某型动车组动力转向架构架优化设计

转向架作为轨道交通车辆的关键部件,是保证车辆安全、稳定运营的重要一环.构架作为转向架的基础,其强度和动态特性直接影响轨道交通车辆的运营安全.参照JIS E 4207标准,对某型动车组动力转向架构架进行强度评价,根据强度分析和模态分析可以发现构架的薄弱区域,如侧梁上的转臂定位座区域以及侧梁和横梁的连接区域.最终,在确保构架强度合格的条件下,对其进行了最佳的设计优化,增加了构架相对薄弱部分的强度,并且减少了构架整体的质量,达到了轻量化的目的.     

转向架构架有限元疲劳分析系统的研究

针对转向架构架疲劳分析的特点,利用MATLAB和ANSYS软件建立了构架有限元疲劳分析系统,实现了构架疲劳分析的快速程序化处理。     

B型地铁转向架构架疲劳强度分析及试验研究

基于有限元分析与动应力试验结合的研究方式,提出一种以利用率为判据的疲劳强度评估方法。首先,依据EN13749及UIC615-4标准对转向架构架进行疲劳强度分析,计算构架结构材料利用率;其次,根据材料利用率确定动应力试验布点方案,进而对构架进行动应力试验,将试验所得的应力-时间历程转化为等效应力幅,并计算等效应力利用率;最后,基于两种利用率和Miner疲劳累计损伤法则评估转向架构架疲劳性能。研究结果表明：材料利用率可为动应力试验布点方案提供良好的理论参考,等效应力利用率可佐证有限元分析的正确性,综合两种利用率能够更精确的评估转向架构架疲劳强度。     

高速列车转向架构架疲劳试验载荷谱研究

通过转向架构架平衡方程,确定车体加速度为构架主体载荷的计算输入参数,对典型镟修周期内振动数据进行统计分析,得到该参数随运营里程的演变规律。基于线性累积损伤和超越累积频次扩展法则,提出特定车轮磨耗状态下的长程谱拓展及特征加速度计算方法。随着车轮等效锥度和踏面粗糙度的增长,车辆的振动水平随之加剧,提出劣化函数描述构架载荷在镟修周期内的恶化过程,曲线由长期服役跟踪试验累积的车体特征加速度拟合得到。根据广义Basquin公式提出全寿命周期内劣化曲线的等效特征加速度计算方法,获得台架试验载荷谱。试验载荷谱设计考虑了频次压缩、损伤扩展、载荷周期劣化特征,满足构架实际运用状态的损伤一致性。