高速列车转向架构架扭转载荷特征研究

以两种结构型式(A/B型)的高速列车转向架构架为研究对象,采用直接测试法识别相同运用条件下两种构架的扭转载荷,对比分析扭转载荷的时域、频域及载荷值分布特征,并对扭转载荷谱的相似性进行评价,基于疲劳损伤仿真计算结果验证两种构架扭转载荷谱互用的可行性.研究结果表明,各典型运用工况下两种构架扭转载荷的时域、频域特征一致;A型...     

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...     

车身台架疲劳试验程序载荷谱研究

提出一种能简化加速车身台架疲劳试验的程序载荷谱编谱方法。基于试车场实测路谱准确获取车身连接点随机载荷谱,并简化为车身转矩载荷谱。应用雨流计数法和数理统计方法,得到均幅值载荷分布规律,其中均值服从正态分布,幅值服从威布尔分布;编制程序载荷谱并简化。应用有限元法和疲劳分析理论对车身疲劳寿命进行预测,从疲劳所用时间和行驶里程两个方面对危险部位寿命进行比较分析;结果表明,在车身连接点随机载荷谱和编制的程序载荷谱的作用下,车身的损伤分布及大小基本一致,验证程序载荷谱的有效性。所提出的编谱方法对其他车型的车身台架疲劳试验也有一定的应用和参考价值。     

某B型地铁列车转向架构架强度分析

以我国某城市使用的B型地铁列车转向架构架作为研究对象,介绍了其主要设计参数和材料性能。参考EN13749-2011标准和运用中常见超常工况,通过Hypermesh对构架模型进行离散化处理,并进行有限元分析。再对有限元分析中发现的重点部位,采用相同的工况组合并依据EN13749-2011标准规定的相关安装和加载方法,通过监控构架状态展开研究。仿真分析和试验结果表明该型转向架构架的静强度满足相关标准要求。同时发现试验中加载和测量造成的系统性误差,强调了在研发中台架试验和有限元分析并行的重要性。     

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。     

基于线路实测载荷的转向架构架台架试验方法研究

以高速列车转向架构架为研究对象,线路试验获取了转向架轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷时程曲线,分析列车进出站、不同速度等级、载荷作用频率对弹簧载荷和一系减振器载荷的影响规律及载荷差异性。采用准静态加载台架试验得到弹簧载荷、一系减振器载荷与构架端部疲劳关键区域应力之间的传递关系,结合线路实测载荷计算得到应力响应曲线,进而获取构架在弹簧载荷、一系减振器载荷及两种载荷耦合作用下的疲劳损伤值。据疲劳损伤一致性理论计算车辆设计寿命里程下构架的弹簧等效载荷和一系减振器等效载荷,并建立基于等效载荷的疲劳损伤计算公式,确定弹簧等效载荷和一系减振器等效载荷的幅值大小及相位关系,最后形成了基于线路实测载荷的构架台架试验方法。研究表明,列车进出站时轴箱弹簧载荷出现较大的载荷波动,最大波动范围为17.48 kN,一系减振器载荷对低频位移响应不敏感;在相同线路条件下,随着列车运营速度的增大,轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷均呈现增大趋势,其载荷作用频率主要分布在0～60 Hz范围内;同时在该频带内,随着载荷作用频率的增大,两种载荷间相位差不断减小,该变化规律与减振器动态特性有关。计算得到构架端部在弹簧载荷、一系减振器载...     

高速动车转向架构架静强度试验和仿真研究

高速动车组转向架构架是保证高速列车安全运行的重要部件。针对某高速动车组转向架构架,通过采用科学合理的静强度试验方法和设备,对构架的静强度进行评估,同时与理论计算结果相互验证其准确性,以检验构架是否满足强度要求,为列车的安全运行提供保证。     

基于核密度估计算法的T100C列车转向架载荷谱统计研究

传统列车载荷谱的统计都是建立在实际测量的基础上,利用威布尔分布拟合测试结果,计算各级载荷。但是整个过程所需测试里程长,费时费力,威布尔参数拟合困难。更重要的是,由于事先假定载荷的分布,所以最终统计结果并不一定能反映样本的真实情况。为了克服传统载荷谱统计方法的不足,在雨流计数方法进行时间—载荷历程统计的基础上,将核密度估计算法用于SRM80型全断面道砟清筛机T100C新型转向架侧架的载荷谱统计工作。结果显示:核密度估计方法能较好的还原载荷谱原貌,弥补小子样数据不足的问题,可以为列车载荷谱统计工作节约人力物力。     

室内模拟试验的最佳方法——道路载荷谱试验概述

本文介绍了汽车零部件在室内台架试验中所施加疲劳载荷的形式(等幅载荷试验和按道路载荷谱试验)，同时，对模拟道路载荷谱试验的三种方式以及国内的应用前景进行了简要的阐述、分析。     

考虑参数不确定性的转向架构架结构强度分析

考虑工程实际中设计参数的不确定性,基于D-最优试验设计和可靠性理论对转向架构架进行结构强度分析。根据UIC 510-3-1994标准对构架进行结构强度分析,确定受力较大部位的设计参数。运用APDL语言建立构架的参数化模型,并对设计参数进行D-最优试验设计,进而计算构架的结构强度。利用最小二乘法对试验数据进行拟合,建立多项式响应面函数,并对其进行方差分析,检验响应面的精度。基于高精度响应面函数,采用Monte-Carlo拉丁超立方抽样方法对构架进行结构强度的可靠性分析。研究结果表明：设计参数的变化对结构强度的影响较大,且各设计参数的交互作用较小。转向架构架的结构可靠度为0.984 3,表明了不确定参数对构架结构强度和安全性的影响程度。基于D-最优试验设计的响应面法工作效率高,可为其他复杂结构的不确定性分析提供参考。     

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。     

高速列车设备舱支架疲劳裂纹机理研究

设备舱裙板支架作为连接设备舱底板和裙板的承载部件,在运用中承受来自裙板和底板的气动压力以及振动载荷,出现疲劳裂纹。开展支架裂纹断口的宏观分析,统计开裂支架的运用里程;基于高铁客运专线线路测试,得到明线运行、会车以及隧道运行、会车工况下设备舱裙板和底板的内、外侧气动压力以及压差值;对支架进行线路动应力测试,得到开裂部位的等效应力和一阶主频;采用脉冲激励法进行设备舱支架模块的模态试验,得到支架的垂向和横向一阶模态频率。研究结果表明,支架发生裂纹的主要成因是裙板、底板内外气动压力差产生的激励与支架自振频率具有交集,支架产生共振,共振现象使支架结构产生较高的应力幅值。该研究对确保高速列车运用安全以及为支架的新结构设计提供了参考。     

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,且常伴随有各种焊接缺陷,因而是最容易发生疲劳破坏的区域。所以焊缝结构疲劳分析及优化在设计阶段尤为重要。     

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。     

基于EEMD排列熵的高速列车转向架故障特征分析

高速列车转向架关键部件发生机械故障会体现在车体和转向架的振动信号中,为了从监测数据中提取非线性特征参数用于转向架故障状态的反演识别,提出基于聚合经验模态分解排列熵的特征分析方法。首先,对振动信号进行聚合经验模态分解,得到一系列窄带本征模态函数;然后,对原信号和本征模态函数分别计算排列熵值,组成多尺度的复杂性度量特征向量;最后,将高维特征向量输入最小二乘支持向量机分类识别出转向架的工作状态。仿真实验结果表明,该方法在运行速度为200km/h时,多个通道达到95%以上的识别率,验证了通过聚合经验模态分解排列熵对高速列车转向架机械故障诊断的可行性。     

中低速磁浮列车转向架的结构动力学分析

采用有限元软件ANSYS对中低速磁浮列车转向架进行模态分析和随机振动分析。研究了转向架的动力学性能，为解决转向架的结构动力学问题和结构改进提供了一定的依据。     

Methodology to Evaluate Fatigue Damage of High-Speed Train Welded Bogie Frames Based on On-Track Dynamic Stress Test Data

The current method of estimating the fatigue life of railway structures is to calculating the equivalent stress amplitude based on the measured stress data. However, the random of the measured data is not considered. In this paper, a new method was established to compute the equivalent stress amplitude to evaluate the fatigue damage based on the measurable randomness, since the equivalent stress is the key parameter for assessment of structure fatigue life and load derivation. The equivalent stress amplitude of a high-speed train welded bogie frame was found to obey normal distribution under uniform operation route that verified by on-track dynamic stress data, and the proposed model is,in e ect, an improved version of the mathematical model used to calculate the equivalent stress amplitude. The data of a long-term, on-track dynamic stress test program was analyzed to find that the normal distribution parameters of equivalent stress amplitude values di er across di erent operation route. Thus, the fatigue damage of the high-speed train welded bogie frame can be evaluated by the proposed method if the running schedule of the train is known a priori. The results also showed that the equivalent stress amplitude of the region connected to the power system is more random than in other regions of the bogie frame.     

城轨车辆转向架加载试验台研制

为对城轨车辆转向架的性能参数进行测试,自主研制了一种新型转向架加载试验台。介绍了试验台的功能、特点和工作原理,对试验台机械系统、液压伺服系统、测控系统的结构组成进行了概述。工程应用表明,试验台精度高、重复性好、兼容性强,可用于铁路客车及城轨车辆转向架的检测。     

车下设备承载结构疲劳试验载荷谱编制方法*

提出多载荷时间历程的外推方法,给出车下设备承载结构疲劳试验载荷谱编制方法。基于载荷时间历程的雨流计数矩阵,利用二维核密度估计方法(Kernel density estimation, KDE),提出在多载荷时间历程输入条件下的外推方法;应用平均应力修正公式、累积损伤理论和等效损伤准则,根据外推载荷数据,给出疲劳试验程序谱的编制方法;结合动车组车下设备线路测试数据对外推方法进行验证,编制了车下设备承载结构疲劳试验程序谱,并分别使用疲劳试验程序谱和振动测试数据对承载结构进行疲劳强度计算。数据外推结果表明：多载荷时间历程外推方法计算的损伤与实际载荷损伤误差为3.6%,大的扩展倍数下KDE可以给出低周、大幅值载荷;疲劳强度计算结果表明：由于KDE外推产生了大幅值载荷,疲劳试验程序谱计算的损伤比振动测试数据计算的损伤增加了43.8%,所以,在进行疲劳试验载荷谱编制时,需要计算可能出现的大幅值载荷。此研究为其他结构程序载荷谱的编制提供借鉴案例。