基于有限元仿真车轮多轴疲劳强度分析

基于UIC510-3规程和热负荷试验,确定了车轮疲劳强度分析的计算载荷工况,采用有限元方法数值模拟了运行状态下车轮的应力变化规律,进行了车轮疲劳强度评定.采用最大主应力方法将多轴应力状态转化为单轴应力,通过Haigh-Goodman疲劳极限方程,得出机械载荷下车轮辐板孔的疲劳强度满足要求;采用Goodman方程,将制动热负荷产生的零-拉脉动循环转化为对称循环,根据辐板材料的S-N曲线评价,得出单纯制动热负荷下辐板孔满足疲劳强度要求;提出制动热应力与机械波动应力的叠加方法,采用Miner法则预测机械载荷与制动热负荷组合作用下辐板孔裂纹的形成寿命.由不同载荷下车轮疲劳强度的评价结果,判断出导致辐板孔边裂纹形成的载荷因素是机械载荷与坡道制动的综合作用.     

大秦线全程制动条件下货车车轮温度及热应力场的数值模拟

采用轴对称模型和有限元方法,模拟了大秦线长大坡道循环制动条件下货车车轮温度和应力场,结果表明车轮高应力区出现在辐板上,现行制动条件下车轮强度满足使用要求．     

基于热-结构耦合的高炉无钟炉顶阀箱疲劳寿命预测

根据装料设备的工作流程,确定阀箱3种最不利的载荷工况;基于热-结构耦合理论并利用有限元分析软件ANSYS研究阀箱在温度载荷和机械载荷作用下的热-结构耦合问题,得到实际工况下阀箱的温度场、应力场以及危险部位的应力谱;依据裂纹萌生和扩展理论对阀箱进行疲劳寿命预测.研究结果表明,在3种载荷工况作用下阀箱应力均低于材料的屈服强度,其安全系数为1.8～3.2,且阀箱的变形在允许范围之内,阀箱静强度及刚度满足要求;阀箱疲劳寿命大于107,也满足要求.     

840D货车车轮辐板孔疲劳裂纹研究

根据840D车轮辐板孔裂纹调查统计数据,运用跟踪观测试验、轮轨机械载荷和制动热负载下的应力及裂纹强度因子仿真计算等结果,对裂纹成因、扩展规律及容限尺寸进行了综合分析．指出坡道制动产生的长时、稳态热拉应力与轮轨机械波动应力的综合作用是导致裂纹形成和扩展的主要因素,车轮踏面磨耗、辐板孔位偏向轮辋均将降低裂纹形成和扩展寿命．     

热-结构耦合的高炉炉壳静强度及疲劳强度分析

通过工程传热分析计算出冷却模块内冷却水与水管内壁的对流换热系数以及炉壳外表面的综合换热系数,并根据还原炉的工作流程,确定了3种载荷工况;然后借助大型通用有限元分析软件ANSYS,采用热-结构耦合的方法计算了高温状态下炉壳的温度分布、热-结构耦合应力场。模拟计算结果表明,在工况载荷作用下,炉壳各部位最大Von mises应力均远远小于材料的屈服极限,炉壳静强度满足要求。对各节点按Goodman-Smith疲劳极限图进行疲劳评定,炉壳的疲劳强度也满足要求。     

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.     

高速磁悬浮列车悬浮架结构可靠性研究

针对高速磁悬浮列车悬浮架结构可靠性评估问题,利用Hypermesh软件建立悬浮架的有限元模型,根据悬浮架实际运行情况,提出一套约束方案,并利用Ansys软件对高速磁浮列车进行静强度、疲劳强度以及模态分析,分别基于von Mises应力、Goodman疲劳极限图评估悬浮架结构的静强度和疲劳强度,基于Block Lanczos法计算悬浮架模态.结果表明:悬浮架的静强度分析结果显示4种超常载荷下最大受力位置均出现在摆杆处,总体均满足静强度要求;疲劳强度分析结果显示悬浮架上关键点应力和应力幅均在材料修正的Goodman疲劳极限内,满足疲劳强度要求;模态分析结果显示悬浮架的自振频率明显高于激振频率,不会产生共振现象,满足车辆运行要求.     

紧急制动下货车车轮温度场和应力场的数值仿真研究

采用能量转换法确定了紧急制动下车轮的热流密度,运用有限元数值模拟技术,数值仿真了紧急制动状况下货车车轮的温度场分布,并通过间接耦合法将温度场模拟结果作为应力场分析的边界条件,数值模拟了紧急制动下车轮热应力场分布规律,为进一步研究车轮的热疲劳提供定量分析的依据.     

盘式制动器接触压力与热机耦合特性仿真分析

接触压力分布特性和热-机耦合动力学特性对制动器的综合性能具有重要影响。针对某通风盘式制动器,分别以活塞刚性面和钳指刚性面模拟活塞侧和钳指侧制动块的法向力作用,建立了三维瞬态热-机耦合动力学有限单元模型。基于该模型进行紧急制动工况下制动盘和制动块之间的接触压力分布特性、制动块的热-机耦合特性（温度场、应力场与热变形）的仿真计算,并分析了二者之间的相互作用规律。分析表明：摩擦衬片的开槽结构、活塞和钳指的形状会显著影响接触压力分布特性;制动块的瞬态温度场、应力场和热变形具有复杂的时间变化和空间变化规律。     

功能梯度材料板断裂分析

为深入理解功能梯度材料的断裂行为,研究了机械载荷下任意机械属性功能梯度材料板裂纹尖端特性,根据叠加方法,把应力场转化为裂纹表面载荷,采用基于非均匀单元的有限元方法计算并分析了机械载荷下功能梯度板裂纹尖端特性,针对含有中心裂纹功能梯度材料板,考察了应力强度因子的变化规律.研究结果表明,功能梯度材料结构的几何参数及材料属性对裂纹尖端无量纲应力强度因子的变化规律具有显著影响.