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。     

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。     

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.     

柔性构架的动应力仿真研究

在 ANSYS 有限元分析软件中建立了转向架构架的柔性体模型,在 SIMPACK 多体动力学软件中建立了完整的车辆系统动力学模型,把 SIMPACK 中计算得到的构架载荷-时间历程引入 ANSYS 中得到构架各部位的应力分布以及关键部位的应力-时间历程,从而为构架的疲劳强度评估和疲劳寿命预测奠定了基础.这一方法不仅实现了有限元计算与多体动力学分析之间的有效结合,而且完成了多体系统动力学研究中刚体与柔性体之间的耦合,是构架设计新方法的尝试.     

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。     

基于多轴理论的构架结构疲劳评估系统开发

基于DVS1612和DVS1608标准,对钢材和铝合金焊接结构的焊缝和母材分别建立局部坐标系,对各方向应力及综合效果进行疲劳评估.运用SQL Server数据库、Matlab和Matlab/GUI软件进行疲劳评估程序开发,该系统由数据库模块、疲劳计算模块和人机交互界面模块组成.运用该系统对某地铁转向架构架典型焊缝和母材...     

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。     

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。     

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...     

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...     

转向架构架在不同速度级下的动应力试验研究

轨道车辆在实际线路运行中,速度提升带来的振动加剧对构架疲劳可靠性有很大影响,本文为了研究速度变化对动应力的影响规律,编制考虑速度影响的应力谱,提出了基于不同速度级下的构架动应力因子分析方法,通过对实测应力数据进行因子分析,提取公共因子,构造因子变量,并采用回归分析方法计算因子得分系数矩阵,进而通过均值和方差确定表征测点...     

基于核密度估计的单轨车辆构架载荷谱外推

车辆构架疲劳寿命预测准确性受动载荷谱完整性的影响,但线路实测的载荷数据具有短时与局部特征,为了准确预测疲劳寿命需要将短期样本数据外推至全寿命周期范围,本文以单轨车辆转向架构架为分析案例。首先,采用基于自适应带宽的核密度估计方法对实测载荷谱进行概率密度估计,其次,通过蒙特卡洛模拟算法实现了载荷谱外推;最后,基于核密度外推后的载荷谱对构架进行疲劳寿命分析。分析结果表明,与传统线性外推的数据相比,基于核密度估计外推的载荷谱评估结果更加安全,更有利于保障车辆的安全运行。     

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。     

基于中粗砂土质输送工况的泥泵轴系疲劳寿命研究

绞吸挖泥船泥泵泵轴的断裂事故时有发生,直接影响疏浚工程的进度和效益。以厦门机场大小嶝造地工程为背景,3500 m³/h绞吸挖泥船的泥泵轴系为研究对象,建立了泥泵在流量11000 m³/h、泥砂粒径0.7 mm、混合物体积浓度20%工况下的疲劳寿命预测模型。通过对泥泵运转过程中的多相流场数值分析和对泥泵轴系瞬态动应力响应分析,提取泵轴关键节点处的应力时间历程数据,结合S-N曲线法和线性累积损伤原理,分析泵轴时域疲劳特性,预测相应工况下的泥泵轴系疲劳寿命。以此为基础,为进一步优化施工工艺和提升泵轴运转寿命提供建议。     

全频域混流转轮动应力分析及疲劳寿命预测

基于全流道压力载荷发展了一套全频域大型混流转轮动应力的分析方法,仿真分析的动应力结果与现场实测规律一致。随后在动应力分析结果的基础上,开展了转轮的疲劳损伤计算分析,总结了疲劳损伤计算的流程,预测了转轮损伤最大的位置和发生工况,为转轮设计和运维提供了很好的技术指导。     

杆端向心关节轴承动应力下疲劳寿命分析研究

针对QG325型切管机液压缸杆端向心关节轴承工作时主要是向心内外圈疲劳磨损破坏问题,采用Solidworks 建立了简化的杆端向心关节轴承三维模型;通过ANSYS workbench 13.0瞬态动力分析模块对其进行实际工况下动应力分析,找出了杆端向心关节轴承最大应力集中处.在此基础上利用ANSYS workbench 13.0的疲劳分析模块实现对杆端向心关节轴承的接触疲劳寿命分析,获取杆端向心关节轴承在实际工况下的接触疲劳寿命,有效预测零件的工作寿命.     

推焦杆热疲劳寿命评估

推焦杆是焦炭生产的重要设备,对推焦杆使用寿命进行评估,既可以在避免推焦事故的前提下延长推焦杆的使用期限,也可以为推焦杆的优化设计提供帮助。首先运用有限元方法分析了推焦杆在工作时的温度应力,根据计算得到应力分布,采用局部应力法对推焦杆热疲劳寿命进行评估,得到推焦杆正常的使用期限,并对含裂纹缺陷的推焦杆的剩余寿命进行评估,得到不同裂纹长度情况下的剩余使用寿命,结果与工程实际中推焦杆的使用情况基本吻合。