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。     

动车组设备舱整体强度分析

设备舱是动车组非常重要的组成部分。为保证设备舱在各种环境中的静强度满足运用要求,在考虑不同工况的气动载荷的情况下,采用数值模拟的方法,对某型动车组的设备舱进行整体强度分析,为设备舱结构设计和安全运行提供依据和参考。     

高速列车设备舱格栅通风性能仿真分析

为实现抗风沙型动车组的封闭式设备舱的通风格栅合理布置,建立包含车底设备舱通风格栅和舱内设备的高速列车空气动力学模型,采用CFD方法对高速列车运行时的设备舱流场进行数值模拟,分析格栅布置方式对设备舱通风性能的影响。结果表明:格栅的通风性能主要受格栅布置位置处裙板外侧压力的影响;头车裙板上靠近一位端的位置适宜布置出风格栅,靠近二位端适宜布置进风格栅;中间车裙板上靠近一位端的位置适宜布置出风格栅,其他区域适宜布置进风格栅;尾车裙板上中间区域适宜布置进风格栅、两端适宜布置出风格栅。另外,设备舱底部出风口对其附近的格栅进风性能也有一定影响,设备舱内风机的格栅进风阻力受列车运行速度的影响较小。设计阶段可定性地利用裙板上格栅位置与格栅进排风性能的关系,初步确定适宜的格栅布置方案。     

动车组车下设备防松防脱结构分析

本文结合我国在线运营的高速动车组设备舱及车下吊装设备结构,开展防松防脱分析,重点对动车组设备舱裙板、设备舱底板、车下设备吊装、车下吊装设备自带底板、活动检查门部位进行分析,并对存在松脱隐患的结构进行了优化改进。     

高速动车组隧道运行车体和设备舱压力研究

高速动车组进入隧道运行,动车组前方会形成压缩波和膨胀波,导致动车组的车体和车下设备舱受到比明线运行更大更复杂的压力负载,影响高速动车组运行的安全性和稳定性。高速动车组的车体和车下设备舱结构设计,需要预知高速动车组进入隧道运行工况下车体和设备舱的最大压力负载。本文基于350km/h高速动车组3辆编组简化三维计算模型,仿真计算350km/h高速动车组进入隧道运行工况,高速动车组车体和车下设备舱外表面的压力分布。研究350km/h高速动车组进入隧道运行工况,高速动车组车体和车下设备舱外表面的压力变化和最大压力负载。研究结论为:350km/h高速动车组进入隧道运行,车头前端外表面最大压力为7567Pa,设备舱前端板外表面最大压力为-5569.4Pa,设备舱裙板外表面最大压力为-5690.1Pa,设备舱底板外表面最大压力为-6590.7Pa。     

基于路况识别的高速动车组构架损伤规律

目前我国自主研发的复兴号动车组,在京沪高铁最高运营速度已达到了350 km/h,随着速度的不断提高,对动车组构架的疲劳问题研究显得愈发重要。在对构架关键点进行动应力测试的过程中可以看到,动车组通过曲线、道岔等特定线路工况,相较直线线路,测点应力水平均有不同程度的变化。在对某型动车组构架关键点进行数月的线路实测基础上,依据MEMS陀螺仪、GPS以及部分线路参数,提取到上述不同工况下测点充分的应力数据,进行统计分析和计算。研究发现大部分测点在通过曲线时应力水平有一定上升,而在通过道岔时的应力水平有大幅度提高;对比不同位置的测点,构架外部横侧梁连接处等位置相对于中心附近,对特殊工况的响应更加敏感。上述结论对分工况载荷谱的研究提供试验基础,同时也为结合构架损伤规律的线路设计给出参考建议。     

CRH5G车设备舱疲劳强度分析

随着高速动车组的大量投入使用,其运行安全性显得十分重要。设备舱是动车组的关键部件,其主要作用不仅能够改善列车空气动力学性能,还可以保护车下设备。本文以CRH5G动车组设备舱为研究对象,基于有限元分析理论,利用Ansys、HyperMesh和Workbench等有限元分析软件,按照《EN 12663-2010》标准和《TJ/CL 342-2014》技术要求,确定施加8个工况载荷,应用名义应力法,对设备舱进行疲劳强度仿真分析,基于《BS 7608-1993》标准和《IIW-2008》标准,运用Miner损伤累积理论,对8个工况下应力比较大的部位进行疲劳强度评估。     

高速动车组设备舱模块裙板部件焊接工艺优化

本文对高速动车组设备舱模块裙板部件的焊接工艺做了分析研究,内容主要是裙板堵板的组装焊接工艺。通过设备舱裙板组焊过程的跟踪记录,对各个步骤节点中涉及到的焊接工艺要点进行分析说明,对焊接生产中显现出的质量问题做了分析记录并提出了相关解决方案,进而达到了对设备舱模块焊接过程的质量控制与工艺优化的目的。     

高速列车设备舱底板的振动特性研究

为了优化设备舱底板的振动疲劳特性,建立了刚柔耦合多体动力学模型,分析了在武广谱载荷谱的线路条件激励下,底板关键位置的振动和车速的关系。研究发现,车辆设备舱底板的振动总体趋势是随着速度的增加而增加,但是在250km/h的时候,纵向振动幅值会比300km/h的要大。根据动力学仿真结果提取出载荷的大小,进行了有限元强度分析,得到了底板的最大应力和开孔位置的最大应力。滚动台试验数据和仿真结果一致,验证了模型的正确性。最后对底板进行了优化,加厚设备舱底板的厚度。对比发现,优化后的整体最大应力由8.78 MPa减小到4.79MPa,开孔处的最大应力由1.65MPa减小到0.95MPa,底板的强度性能得到了大幅度提高。     

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。