基于KDE的构架应力谱外推与疲劳寿命评估

获取动应力谱是对车辆结构进行疲劳分析的重要前提,其分析结果的准确性受动应力谱的完整性和充分性的影响。在保留载荷的概率分布特征的前提下,有必要将动应力测试数据从小样本外推至大样本。对转向架构架的应力谱外推和疲劳寿命评估进行了研究,并以某地铁转向架测点为分析案例。首先,对二维核密度估计（kernel density estimation,简称KDE）中最优带宽的确定方法进行了讨论;其次,提出了采用矩阵型灰色关联度分析方法对外推前后的雨流矩阵的接近性关联度与相似性关联度进行量化评价;最后,提出基于多样本核密度动应力谱外推的疲劳寿命评估方法。结果表明：与基于实测数据的评估结果相比,基于核密度外推的疲劳寿命评估结果的相对误差为-4.17%,安全运营里程减少了2.13×104 km。基于核密度估计的外推精度满足工程实践的要求,且评估结果更偏于安全,对保证车辆安全运营十分有益。     

基于动应力的民机液压管路疲劳寿命分析

由于飞机液压管路系统载荷的复杂性,设计载荷不能完全真实的反映液压管路系统实际的受力状态,因此通过试验测量其在实际运用中的动态应力,并进行疲劳寿命的评估是非常必要的。目前,液压管路动态应力测试已经成为民用飞机试验验证必做的1项试验。对某机型液压管路系统进行了在线动应力试验,通过试验得到了实测的应力-时间历程,根据疲劳危险点的选取原则选出几个疲劳危险测点对其进行评估,然后运用雨流法对疲劳危险测点的应力-时间历程进行循环计数后编制出2维应力谱,最后应用Miner线性疲劳累积损伤理论对其进行了疲劳寿命的预测。     

高速列车转向架构架损伤、等效应力及寿命分布特性研究

为分析高速列车转向架构架损伤、等效应力及寿命分布特性,对构架疲劳关键测点进行动应力线路实测并对测点实测时域数据波形进行解析;基于实测应力时间历程及雨流计数法编制二维应力谱,利用Goodman等寿命方程将二维应力谱等效转换为一维应力谱;阐述线性累积损伤及非线性累积损伤模型的建立方法并对实测数据的线性累积损伤及非线性累积损伤进行了计算及对比分析;分别基于线性累积损伤理论及非线性累积损伤理论推导出各理论下的等效应力,基于实测数据对两种等效应力进行了计算及对比分析;通过结合非线性累积损伤及线性累积损伤理论计算的等效应力及不同可靠度下的材料S-N曲线计算并对比分析构架结构的疲劳寿命。研究结果表明,与非线性疲劳分析理论相比,线性疲劳分析理论对高速列车转向架构架的疲劳特性评估偏于保守。     

轻卡驾驶室动应力测试及分析

针对某新型轻卡在道路耐久实验中出现的驾驶室局部开裂现象,通过进行动应力测试,采集了该驾驶室各测点的动应力,对测点的动态响应进行了时域分析和频谱分析,结果表明:部分测点动应力较高,且在一阶模态频率处振动能量最大;动应力频谱分析中的谐振频率与有限元计算的模态频率吻合较好,均表明该驾驶室的一阶、二阶模态频率较接近,导致驾驶室在行驶中会存在耦合振动,降低了该驾驶室的疲劳强度。通过分析,为该驾驶室结构改进指出了方向。     

基于多体动力学模型的车身载荷谱获取及疲劳寿命评估

为有效地评估某轻客车身结构的疲劳寿命,首先利用Adams软件建立该车型的多体动力学模型,并根据实测数据进行了模型对标,验证了模型精度.然后基于实测道路载荷谱,综合应用虚拟迭代及疲劳寿命分析方法,复现了样车在试验场所采集的加速度、位移及力等响应信号,提取了车身与悬架各外连点的动态载荷.计算了车身的疲劳寿命,后排座椅支架加强筋圆角处存在疲劳失效风险,与道路耐久试验的失效结果基本一致,通过采用提高材料牌号的改进措施使得此车身结构通过了道路耐久的验证,表明了此分析方法的工程可行性.实践证明虚拟迭代与疲劳寿命分析相结合的方法能够有效地支持车身结构疲劳寿命的评估,具有一定的工程参考价值.     

基于运用条件和频域特征的动车组转向架构架疲劳损伤规律研究

转向架作为动车组车辆的关键部件,担负着承载与走行等多种任务,传递不同形式的动态载荷,有必要对其疲劳问题进行研究。以某型城际车动车和拖车转向架构架为研究对象,在对构架疲劳关键点动应力进行线路实测基础上,依据速度、航向角以及部分线路参数,提取到直线、不同半径曲线、启动牵引、混合制动以及低速过站等不同工况下各测点的动应力数据,分析和比较各测点在不同运用条件下的疲劳损伤特点。通过时-频变换方法,得到不同速度下动车和拖车各主要测点动应力幅频特征,进而分析各测点动应力峰值频率所对应的系统固有频率和外界激励频率,探讨不同频率成分的动应力对各关键点损伤的贡献情况。研究发现,相同速度和曲线半径下,多数动车疲劳关键点的等效应力大于拖车。在车辆接近停止时,抗蛇行减振器座和横侧梁连接处的动应力会存在一个大幅值循环,这与车体惯性力对抗蛇行减振器的作用有关。中低速过道岔时,各测点的动应力变化范围均有一定程度的增大,以横侧梁连接处和抗蛇行减振器座处变化最为明显,其他疲劳关键位置的动应力变化相对较小。达到相同损伤占比时,绝大多数动车构架测点的动应力频带比同速度下拖车构架更宽。     

209P(T)型转向架C型焊接构架裂纹分析及改进措施

针对某公司生产的209P(T)转向架C型焊接构架在段修时发现构架横梁腹板和侧梁下盖板的垂向连接焊缝处出现裂纹的一事,某公司迅速组织人员进行攻关,提出改进结构,并通过有限元分析计算对比、线路动应力测试对比和疲劳寿命评估对比,论证了改进结构的可行性。呈报铁道部得到批复同意实施。     

轨道车辆结构动应力谱分布的估计

结构动应力分布的确定对结构疲劳强度评估和可靠性设计有重要意义,通常采用的动应力理论分布假设有威布尔分布、对数正态分布和截尾正态分布.实际计算表明,单一地利用以上任意一种分布都很难实现对实测一维动应力谱的有效拟合,根据实测轨道车辆动应力特征,利用数据统计处理方法,提出一种新的分布及其拟合方法,即对数正态分布和威布尔分布的组合分布,该种分布能够准确地描述动应力分布,对轨道车辆疲劳寿命估计有重大意义.     

随机振动环境下结构的疲劳失效分析

讨论了随机振动响应的统计特性分析、结构响应的动应力与常规疲劳载荷的关 系,如何将结构响应动应力等价为常规的静力疲劳载荷,利用Ｓ－Ｎ曲线和名义应 力法对结构寿命的估算方法等。完成了用功率谱密度表示的随机振动载荷作用下悬 臂板结构的响应分析以及疲劳寿命估计。     

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。     

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。     

内压和振动载荷联合作用下埋地管线疲劳寿命评估

紧临铁路桥墩的埋地管线,其疲劳寿命受列车引起的振动的影响。文中以某埋地天然气高压管线为例,建立管线循环内压和桥墩振动载荷联合作用下的管线疲劳寿命评估方法。首先,偏于安全考虑,将测得的桥墩上三个方向振动载荷直接施加于管线上,进行动应力计算,获得随时间变化的应力谱;其次,运用雨流计数法对应力水平和频次进行分类;最后,运用材料S—N疲劳曲线和Miner线性累积损伤原理对管线的疲劳寿命进行评估,且分析不同土壤力学性能参数和桥梁振动频次等因素对管线疲劳寿命的影响,为埋地管线的此类疲劳问题提供一个有效的工程分析方法。     

机械结构概率疲劳寿命预测研究进展

随着现代机械设计理论不断完善及对产品安全运行需求的提升,对结构的可靠性指标也提出了更高的要求,推动了概率疲劳寿命分析方法的发展.在机械结构的概率疲劳寿命评估过程中,充分考虑各类不确定性因素,进行结构疲劳进程驱动参数与概率疲劳寿命分布统计分析,是概率统计学和复杂结构计算力学交叉领域的热点问题.旨在系统阐释概率疲劳寿命评估发展史及基本分析流程,剖析相关概率分析理论、方法、模型及发展现状与瓶颈,主要内容涵盖概率疲劳问题的不确定性来源、疲劳进程驱动参数表征及寿命评估模型构建与应用三方面内容.总结、梳理该领域的最新研究成果并对概率疲劳寿命评估的未来发展趋势及关键问题作出展望.     

铁路客车转向架的疲劳分析

以铁路客车转向架主要承载构件为研究对象,介绍了将有限元技术应用于构件疲劳寿命分析的过程.基于MSC 软件提供的结构动态响应仿真技术,获取构架的动应力历程,在此基础上,进而对构架进行了疲劳分析.     

地铁车辆轮对安全吊的振动疲劳特性研究

为分析某地铁车辆上轮对安全吊开裂原因,对安全吊分别进行了模态分析和模态试验,最终确定了存在340Hz和990 Hz附近的固有频率。同时为了获得运营过程中安全吊的加速度和动应力水平,对该车辆进行了线路跟踪试验。根据试验数据发现,由于轨道波磨激励的存在导致安全吊的加速度和动应力在340 Hz左右的能量明显,说明一阶模态被激发产生了共振。对比轨道打磨前后的动应力数据对安全吊的疲劳寿命进行评估发现,轨道波磨产生的疲劳损伤极大的缩短了安全吊的使用寿命。     

抓斗卸船机钢结构应力谱统计方法

以某码头1 800 t/h牵引式抓斗卸船机为研究对象,首先通过有限元分析软件Ansys对卸船机进行建模计算,确定结构的静载应力以及动载应力测点;然后模拟其真实卸船作业的典型工况,采用应变电测法对相关测点的动载应力进行实时数据采集;最后根据抓斗船型及抓取量对应力谱的影响,对卸船机钢结构应力数据进行统计分析,得到钢结构测点对于各种船型整个工作循环的应力谱,结合各船型到港次数,进而可以推算出卸船机钢结构测点全年的应力谱,为疲劳寿命评估打下了基础。     

挖掘机工作装置疲劳寿命分析

针对挖掘机工作装置的疲劳破坏问题,进行了基于实测载荷历程的疲劳寿命估算,为其在服役期间的安全检查和维修决策提供依据.通过应变测量得到该工作装置薄弱部位的载荷历程,对其进行雨流计数统计,推导并确定出结构的S-N曲线,结合名义应力法理论估算出该工作装置各测点的疲劳寿命,实现了对结构进行疲劳预测分析的目的,该方法可为同类机械的疲劳寿命预测提供一定的参考依据.     

电机牵引振动对地铁转向架构架疲劳的影响

地铁转向架构架在其服役期内发生失效，且部分位于电机安装座附近，表明传统抗疲劳设计中，电机振动等部分特殊载荷被忽视或错误理解，导致构架局部疲劳强度的不足。为研究电机牵引振动对构架疲劳寿命的影响规律，以某地铁车辆转向架构架为案例。首先，建立了构架有限元模型，并通过实验模态分析验证了模型的准确性；其次，通过扫频计算，分析了电机振动激励下的构架局部动应力响应特性，并获得电机振动加速度与动应力响应的传递关系；最后，以某线路实测的电机振动加速度信号作为输入，通过求解构架疲劳薄弱区域的动应力响应功率谱密度，对比分析了牵引工况与惰行工况时的电机振动对构架疲劳寿命的影响。结果表明：此分析案例中，电机激励下的振动能量主要集中于第6、第7阶模态，分别受电机横向、垂向振动所激起，对构架的疲劳损伤贡献较大。相比于惰行工况，牵引工况下的构架关键位置的疲劳寿命大幅减少，提出地铁构架设计需要充分考虑电机牵引振动对疲劳寿命影响的重要性。     

多源激励下变速箱箱体的动态响应分析与动态测试研究

建立变速箱箱体结构的动态有限元分析模型,综合考虑影响变速箱箱体动态特性的各种动态激励因素,对箱体结构进行约束状态下的数值模态分析、动态加速度和动应力响应分析,同时进行箱体的加速度和动应力台架测试,在时域和频域上对该箱体结构的动态特性进行研究;同时对仿真计算和试验测试结果进行比较分析,结果表明:相同工况下相同测点动态响应结果基本一致,并且误差在10%以内,可以证明该箱体结构的动态有限元模型是比较精确的。     

振动载荷下薄板疲劳寿命预测

为避免因时域信号过长而无法加载的情况,采用传递函数理论进行应力危险部位处应力功率谱密度仿真与实验验证。根据带宽系数确定Dirlik的寿命预测方法,结合S-N曲线进行基于功率谱密度下的疲劳寿命预测,并通过时域法进行寿命结果验证。结果表明:Dirlik方法寿命结果和时域法相对误差较小,寿命预测方法准确,为提高汽车零部件的疲劳寿命精度研究提供参考。