有限单元法在轨道车辆转向架构架强度分析中的应用

转向架构架是轨道车辆的承载基础,传递车辆运营中的垂向、纵向和横向的各种载荷,构架结构一般为焊接箱形结构,受力复杂,其结构强度直接影响车辆的运营安全.首先介绍了有限单元法的基本思想、通用有限元软件的分析过程和分析精度的控制,然后采用有限单元法对轨道车辆转向架构架的疲劳强度进行了分析,评估结果显示构架的侧梁体中部折弯的圆弧处应力较大,而构架端部应力较小.整体上看构架的结构安全余量较大,轻量化设计的空间较大.     

铁道车辆转向架构架多轴疲劳强度有限元分析方法

铁道车辆转向架构架在服役过程中承受复杂的多轴疲劳载荷,为构架结构的设计和分析带来困难.本文以某车辆转向架构架为研究对象,为获得构架在复杂多轴载荷作用状态下的应力分布状态,分别建立构架板壳有限元模型和实体有限元模型,并参照UIC 615-4、TB/T 2368-2005和TB/T1335-1996标准,确定计算工况,对该转向架构架强度进行分析计算,并根据ORE B12/RP17提供的钢材Goodman疲劳曲线图,编写后处理程序对构架进行疲劳强度评估.结果表明:两种有限元模型计算分析结果趋于一致;构架结构的应力分布状态呈现面内应力分布占优的状态;采用最大主应力对其进行疲劳强度评估是合理的;两种建模方法获得的构架静强度、疲劳强度评估结果的一致性说明:采用板壳模型代替实体模型对构架进行有限元强度分析是可行合理的,可节省计算资源.     

考虑环境变温作用的大跨桥梁疲劳损伤分析

基于桥梁健康监测系统记录的温度时程数据,研究钢箱梁顶板、底板的温度变化特征和规律,利用间接耦合法将热分析的温度数据作为体荷载施加于结构多尺度有限元模型,获得了环境变温引起的结构应力,实现了从热分析到结构应力的分析.然后,利用健康监测系统记录的应变时程数据,考察车辆荷载和环境变温所引起的应变特征的差异,提取和分离出由环境变温和车辆荷载引起的应变时程,并与模拟得到的应力时程加以对比和相互验证,在此基础上利用连续介质损伤力学理论分析车辆荷载单独作用以及车辆和环境变温交互作用所引起的桥梁累积损伤.结果表明:提出的损伤分析流程可实现桥梁关键部位在考虑环境变温和车辆荷载两种因素作用下的损伤分析.环境变温单独作用所引起的疲劳损伤很小,基本可以忽略,但两者交互作用所引起的结构疲劳损伤相对于车辆单独作用下的损伤有显著差异.在服役初期环境变温的作用并不显著,随着疲劳损伤的不断增加,这种交互作用对结构疲劳损伤累积的影响会愈发明显,即环境温度变化引起的荷载会加速结构服役中后期疲劳损伤的累积速率,进而对结构疲劳寿命产生显著影响.     

关于动车组动车转向架的关键部件性能分析

随着我国社会经济的不断发展,我国的高速铁路也得以快速发展,客运专线不断建成通车,目前,国产的CRH3、CRH5型动车已经投入运营。作为铁路车辆,尤其是动车组中最为关键性的部件,转向架是减缓车辆和线路间相互作用、确保动车组行车安全和车体支撑,其设计的合理直接影响着动车组的可靠、平稳和安全运行。该文就动车组及其转向部件性能分析作为切入点,浅要分析了动车组转向架结构疲劳性能,并就动车组的构架疲劳荷载进行解析,以期促进我国动车组动车转向架的优化。     

转K7型转向架副构架疲劳强度分析

在ANSYS11.0有限元软件中建立转K7转向架副构架三维模型,结合其受力特点分析计算副构架的应力分布情况,依据线路实测的转K7转向架副构架交叉拉杆载荷谱及B+级铸钢在不同铸造缺陷系数下的S-N曲线,采用有限寿命设计理论,预测了副构架的疲劳寿命,结果表明,副构架具有较高的疲劳寿命储备,能满足运用要求.     

基于概率累积损伤及Wiener过程的转向架 可靠性研究

提出一种基于实测应力数据的研究城市轨道车辆构架疲劳可靠性变化规律的方法.为了建立结构损伤与可靠性之间的关系,通过新型启发式算法拟合出每一日应力谱的概率密度函数,进而基于统计分布特征推导了一种考虑载荷相互作用的概率累积损伤模型;然后考虑到某一结构区域不同传感器结果的差异性,采用具有随机效应的Wiener过程通过概率损伤统计量与马尔可夫链-蒙特卡洛方法求得结构可靠度随运营里程的总体变化规律.实测数据计算结果表明,提出的可靠性计算方法可以得到与工程经验相符的构架疲劳可靠性结果.     

铁道客车焊接构架疲劳强度评估方法

铁道客车转向架构架作为典型的焊接结构,焊缝部位是疲劳失效的薄弱环节,对其焊缝位置的疲劳强度进行准确评估对构架的设计显得尤为重要.对比分析了焊接接头的3种有限元建模方式对焊缝部位应力的影响,建立了考虑焊缝和不考虑焊缝的构架有限元模型,参照UIC 515—4标准对构架的两种有限元模型分别施加模拟运营工况载荷,绘制了构架Goodman曲线,对比分析了两种建模方法的疲劳强度.结果表明:3种焊缝建模方法对应力分析结果有较大的影响;与考虑焊缝的构架有限元模型相比较,不考虑焊缝单元的构架有限元模型分析得到的疲劳强度结果安全系数较小,分散性较大,结果偏于保守.本文可以为铁道客车转向架构架的建模及评估方法为构架的设计提供参考.     

4D轴货车焊接构架的疲劳强度分析方法

以某货车厂研制的新型4D轴货车焊接整体构架为研究对象,在ANSYS9.0有限元软件中建立完整的构架三维模型,根据UIC510-3规程,分析计算构架的应力分布情况、评估其疲劳强度,得出疲劳薄弱区.采用子模型技术,对疲劳薄弱区的焊接细节结构进行热点应力分析,进一步评价构架的疲劳强度.通过动应力实测编制疲劳薄弱区的应力谱,由S-N曲线和Miner累积损伤法则,预测构架的疲劳寿命.     

柔性耦合轮对转向架的径向原理和稳定性分析

高速和轻型铰接式车辆采用柔性耦合轮对转向架具有快速连挂、易于分解和检修等优点 .在建立柔性耦合轮对转向架的车组模型基础上 ,分析了其径向原理和运行稳定性 ,与传统构架式转向架的铰接车辆和独立式车辆的动力学性能进行了比较 .在选择合适的耦合和悬挂系统参数条件下 ,采用柔性耦合轮对转向架的铰接车组具有良好的运行稳定性和较高的蛇行临界速度 ,中间的耦合轮对可以实现几乎纯径向的曲线通过 .     

关于动车组转向架构架的加工工艺探索

动车组转向架构架的加工是一个精密、庞大、严谨的工程,需要在分析、设计、准备、实施等多个方面来完成对构架加工质量的保障。对动车组转向架构架的研究成为了当今动车发展过程中十分重要的一项内容。动车组转向架构架加工水平的高低更直接影响着整个动车组质量的保障。该文就动车组转向架构架的加工工艺分析作为基础,针对动车组转向架构架的工艺文件编写、程序分析加工参数、数控程序的具体编写以及数控程序检验与加工初试等工艺实施展开论述,以期能为该领域的进一步研究提供一些粗浅的参考。     

润扬悬索桥钢箱梁结构疲劳应力监测及其分析

分析了润扬悬索桥结构健康监测系统记录的钢箱梁结构主要部件在交通和环境载荷下的应变时程曲线的规律,研究得到了润扬悬索桥钢箱梁结构在正常交通载荷、重车过桥和台风经过时的疲劳应力谱的特征;结合该桥实时监测的温度变化,分析得到了钢箱梁结构应变时程和温度时程之间的关联性.研究结果表明:润扬大桥结构健康监测系统中的局部应变监测系统能够有效提供钢箱梁结构疲劳应力监测信息;目前各监测部位的有效应力幅较低,主要由车辆和环境气温变化共同引起,疲劳应力的平均值与环境气温变化有很大相关性;重型卡车通过对桥梁造成的疲劳损伤增量幅值是一般车辆载荷经过时引起的几十甚至上百倍,因此在特大型车辆通过时需要密切关注和监测其引起的过载及其对疲劳累积过程的影响.     

动车组转向架构架组成定位臂检修技术研究

动车组在各级检修时，转向架需要进行分解检查，发现构架组成定位臂梯形槽表面偶有损伤现象。本文针对在检修时发现的定位臂梯形槽部位的两种典型损伤现象进行原因分析，制定相应的预防措施，进行损伤部位的检修技术研究。重点讲述了定位臂焊修、研磨技术要点，为构架组成上其余加工部位的检修技术提供了检修经验。     

基于WIM数据的钢箱梁斜拉桥疲劳荷载谱分析及寿命预测研究

由于钢桥面板的疲劳损伤主要来源于车辆荷载的反复作用,因此,为了预测钢箱梁斜拉桥的寿命,需要对其在重载交通流量下的疲劳荷载谱进行研究.该文以某大跨度钢箱梁斜拉桥为背景,基于桥梁健康监测系统中的WIM模块采集得到一定时段的车重、轴数、轴距等车辆荷载参数,采用统计分析方法对其进行批量化处理分析,得到了等效模型车的疲劳荷载谱.以此为基础,选取了钢箱梁斜拉桥易发生疲劳损伤的U型肋、盖板、横隔梁等重点部位进行疲劳寿命分析,分析结果表明:各重点部位尚未产生过大损伤疲劳.     

超限超载交通对桥梁疲劳损伤及可靠度的影响

为了简便、快速地评估交通荷载对桥梁结构疲劳损伤的影响,采用定性分析结合数据拟合的方法建立车辆荷载参数与结构疲劳损伤度之间的量化关系。根据疲劳极限状态方程,考虑到应力与内力的关系,获得疲劳损伤度与疲劳可靠度之间的关系,并进一步建立车辆荷载参数与结构疲劳可靠度之间的量化关系式,为准确、快捷地评估车辆荷载对结构疲劳损伤及可靠度的影响提供一种实用方法。根据该关系式,分析超载超限交通对结构疲劳可靠度的影响。研究结果表明:简支梁结构的疲劳可靠度随着荷载系数K的增大呈对数关系降低;较大的车辆轴距对降低结构的疲劳损伤、提高疲劳可靠度有利。     

转向架构架动应力解耦分析

采用车辆刚体动力学分析模型和Newmark直接积分法计算了直向通过道岔时 2 0 9HS转向架构架的载荷—时间历程 ;在建立构架有限元分析模型并编制流程控制文件后 ,采用ANSYS软件中的瞬态动力响应分析模块计算了直向通过道岔时构架的动应力 .结果证实对构架进行实用的动应力分析是可行的 .     

考虑多因素影响的装配式梁桥横向联系疲劳损伤评估

为探讨实际运营条件下各因素对装配式混凝土梁桥横向联系结构疲劳损伤的影响,基于线性Miner累积损伤准则提出了该类桥型横隔梁钢板连接构造的疲劳评估方法和框架.依托工程实例,研究了随机交通的动力冲击效应、运行状态和桥面退化等因素对横向联系疲劳损伤的影响规律.结果表明:相对于按照95%保证率考虑随机车载冲击效应的影响,依照规范给定的冲击系数考虑冲击效应会明显低估构件的实际疲劳寿命;车辆运行状态对疲劳损伤影响显著,其他因素相同情况下,密集运行状态造成的疲劳累积损伤值较一般运行状态时小;桥面退化对横隔梁疲劳损伤影响明显,可造成车辆一般和密集运行状态下的结构疲劳寿命降低60.01%和34.88%.对新桥横向联系设计,建议考虑规范冲击系数和车辆一般运行状态进行疲劳验算;对既有桥梁疲劳评估,建议按实际交通状况考虑随机车辆冲击效应、车流运行状态和桥面退化的影响.     

复合材料夹层结构的疲劳损伤性能

为研究复合材料夹层结构的疲劳性能,以轻木复合材料夹层结构为例,进行四点弯曲疲劳试验,得到结构的疲劳载荷-寿命(S-N)曲线;从疲劳损伤角度出发,描述结构的疲劳破坏机理;考虑剩余刚度,提出一种用于该类型结构的非线性疲劳损伤模型。结果表明:复合材料夹层结构的疲劳失效是一个损伤渐进累积的过程,位移演化呈现明显的三阶段特征;基于芯材剪切模量退化的指数型累积损伤模型可以较好地表达出复合材料夹层结构的损伤演化趋势。     

复合材料由于损伤导致刚度降的估算

复合材料由于疲劳载荷导致的损伤因素很多,它们都将导致刚度下降,这些损伤因素的相互作用,使得复合材料的损伤机理十分复杂.本文对复合材料的一些典型损伤分别从纤维复合材料的微观结构出发、提出力学模型,对纤维断裂、界面脱胶及分层导致的刚度下降用宏观力学原理进行了分析,并与实验结果进行了比较.     

船用夹芯复合材料接头疲劳裂纹扩展研究

以船用L型夹芯复合材料连接接头为研究对象,将结构刚度退化作为夹芯复合材料连接接头在疲劳载荷作用下的观察变量,建立了以连接接头剩余刚度为表征参量的疲劳累积损伤状态量D的失效准则.通过对L型连接接头在疲劳累积损伤过程中裂纹发生、扩展直至破坏的整个失效过程的形态进行研究,最终揭示了船用复合材料典型连接结构累积失效规律.结果表明:复合材料接头刚度在疲劳过程中,分为缓慢下降与急剧下降两个阶段,刚度缓慢下降阶段占据了试件疲劳周期的95%,刚度急剧下降阶段仅发生在疲劳崩溃情况下,并伴随裂纹快速扩展直至断裂的过程.     

城轨列车转向架铝合金焊接枕梁的抗疲劳设计

以城轨列车转向架铝合金枕梁为研究对象,基于Miner线性累积损伤理论和NASA小载荷S-N曲线延伸法,对枕梁主要焊缝进行了疲劳寿命评估.依据线路实测数据得到枕梁的载荷工况,设计了枕梁的疲劳试验方案.对没有通过疲劳试验的区域,采取了优化连接筋板厚度和减小应力集中等措施.结果表明铝合金枕梁新结构能够满足疲劳寿命要求.