基于载荷谱提升转向架构架疲劳可靠性研究

铁路客车转向架构架在服役过程中,首先在横侧梁连接区域发生疲劳裂纹。经多次局部补强,构架仍存在疲劳可靠性不足的状况。这一现象表明:真实运用载荷未能成为构架设计的输入条件,构架设计时所用抗疲劳设计规范中的载荷规定尚不能完全针对目前车辆的真实运用环境,有必要开展实际运用环境下的构架载荷研究,从而提升构架的疲劳可靠性,确保运用安全。构建高精度测力构架,建立构架载荷系与疲劳控制部位的损伤传递关系;将测力构架换装到实际运用车辆,在裂纹发生比例高的线路多次往返跟踪测试,获得构架载荷系-时间历程与构架疲劳控制部位的动应力;建立用于提升构架疲劳可靠性的载荷谱;通过系统施加补强结构和持续优化补强结构细部形式分析载荷谱作用下的构架疲劳控制区域应力,完成构架优化改进。线路验证测试结果表明,构架疲劳可靠性得到系统性提升。     

基于有效缺口应力的地铁构架疲劳损伤研究

地铁构架的疲劳失效在焊接接头的焊趾和焊根处均有可能发生,因此需要一种有效的疲劳评估方法来全面地分析转向架的疲劳可靠性。针对该问题,基于有效缺口应力法建立了某地铁转向架构架整体有限元模型,以及电机吊座翼板与横梁连接部位焊接接头的局部网格细化有限元模型,得到了焊接接头焊趾和焊根处的有效缺口应力分布。根据Miner损伤理论和对应的S-N曲线计算得到有效缺口应力法与名义应力法的累积损伤。结果表明,接头焊根处更易发生疲劳失效。此外,有效缺口应力法比名义应力法更加安全。为进一步研究不同载荷对损伤的影响,通过对比各载荷的累积损伤结果发现：对于有效缺口应力,损伤占比较大的5种载荷分别是扭转载荷、电机横向载荷、电机垂向振动载荷、电机驱动载荷、齿轮箱垂向振动载荷,其中扭转载荷占比最大,达30%～60%。文章验证了有效缺口应力法在地铁车辆构架疲劳评价中的安全性和适用性。     

基于实测数据的动车组轴箱横向载荷特性

研究了轴箱横向载荷高精度测试方法，将经过标定的轴箱安装于运用车辆，获得了载荷-时间历程，结合车辆运行状态分析了在高速线路典型服役条件下的载荷特性，编制了对应于进出站工况、低速运行、高速运行的恒幅载荷谱。研究结果表明:轴箱横向载荷影响因素主要为列车运行速度、曲线半径、道岔、轨道不平顺；运行中普遍存在着相对固定且与车辆运行速度无关的2 Hz的低载荷主频；对于大于5 Hz的频率，载荷主频与列车的运行速度直接相关，曲线通过时内轨侧轴箱载荷变化幅值稍大于外轨侧，且载荷均值以及最大载荷幅值均随列车运行速度的增大而增大；曲线半径增大的同时横向载荷均值逐渐接近于0，最大载荷幅值也逐渐减小；进出站道岔会造成横向载荷出现约10 s的一次波动，同时包含短时间冲击载荷；横向轨道不平顺会造成轴箱横向载荷在通过相应区间时出现多个大幅波动，随着运行速度的增加，波动周期缩短，峰值减小；进出隧道对横向载荷影响不明显；对于不同运行工况下的载荷谱，进出站工况载荷幅值最大，作用频次占很少部分；低速运行载荷幅值次之，作用频次占比约为1/3，高速运行载荷幅值最小，作用频次占比达到60%以上。      

基于线路实测数据统计推断的应力谱分布类型比较

在分析研究轨道车辆结构实测动应力谱分布的基础上,提出用威布尔分布和对数正态分布的组合分布来描述动应力分布.利用实测数据分别拟合出威布尔、对数正态、组合分布三个分布函数,利用拟合结果及实测应力谱进行应力谱统计推断,得到各自的推断应力谱并与实测谱比较,证明了组合分布对实测应力谱分布描述的优越性.同时利用各分布函数估计得到实测中未出现的可能最大值,然后扩展出包含可能最大值的扩展应力谱,在损伤累计理论的基础上,证明了威布尔分布对分布估计的保守性,以及组合分布对应力谱分布估计的有效性.     

地铁转向架构架运用载荷与疲劳损伤特征研究

地铁转向架构架在未达到服役寿命时,频繁出现疲劳裂纹,导致其疲劳可靠性不足。表明在一定程度上,构架采用的疲劳可靠性设计规范未能覆盖真实运营环境,有必要开展实际运营条件下的构架载荷、损伤研究。通过线路测试采集构架动载荷与动应力信号,分析构架载荷动态特性和损伤状况。结果表明,构架载荷与线路条件及列车运行状态密切相关,列车启停、站前站后短曲线线路等导致构架承受幅值较大、频次较高的动态载荷;主体载荷能量在10 Hz以内,电机吊座载荷存在51 Hz能量;曲线线路造成的疲劳损伤普遍大于直线线路;载客量对构架损伤有一定影响。研究结果对掌握在不同运行和线路工况下的地铁转向架构架动态载荷特征和疲劳损伤特性,并开展满足运用安全的抗疲劳优化改进具有重要的工程意义。     

120km／h重载货车摇枕载荷谱最大载荷的统计推断研究

高速铁路货车在实际运行中最大载荷虽然极少出现，但会引起零部件较大的损伤，对其疲劳强度有较大影响。由于实际测试样本有限，最大载荷不一定能实测得到。为了使编制出的载荷谱能够全面反映摇枕的载荷分布特征，对实测的载荷谱进行统计分析，确定可能出现的最大值。采用线性相关系数为目标函数的优化算法，对实测摇枕载荷的理论分布进行了统计拟合，然后利用概率计算的方法求出了相应的最大载荷。     

机车抱轴箱随机应力谱下的疲劳寿命预估研究

针对机车铸钢抱轴箱在运行中产生疲劳裂纹的现象，笔者对机务段检修和返厂检修的抱轴箱进行了调研，认为裂纹长度服从正态分布。对抱轴箱及其改进结构进行了有限元分析，其应力最大部位与发生裂纹部位一致。通过动应力实测获取抱轴箱危险部位的应力谱，用局部应力一应变法结合断裂力学方法估算了抱轴箱的疲劳总寿命，并与名义应力法计算结果进行了比较。结果表明，2种方法所得的疲劳总寿命基本是一致的，用局部应力-应变法计算机车抱轴箱裂纹萌生寿命是一种合理的方法，而大的铸造缺陷是抱轴箱产生裂纹的最主要原因。最后采用统计方法得到了裂纹扩展破坏的累积失效概率函数。     

轨道车辆焊接接头热点应力计算研究

随着轨道车辆运行速度的提高、车辆载荷的增加及其焊接结构形式的复杂化,车辆的承载状况变得十分复杂.热点应力方法作为一种结构疲劳强度评定方法,其计算结果更接近于焊件实际应力,但尚未在轨道车辆结构疲劳评定中广泛应用.本文以热点应力方法为理论基础,分析、比较不同有限元模型与外推公式对热点应力计算结果的影响,计算不同载荷形式下的...     

机车抱轴箱疲劳裂纹扩展寿命的可靠性研究

在实测应力谱的基础上,按照断裂力学方法计算了抱轴箱裂纹扩展寿命,并建立其可靠性分析模型。依据可靠性理论,采用蒙特卡罗方法,分析了机车运行不同公里数所对应的抱轴箱破坏概率。可以看出文中计算得出的抱轴箱裂纹扩展寿命与可靠性分析结果是对应的,此结果可作为控制抱轴箱质量和预测寿命的依据。     

地铁车辆转向架构架的疲劳寿命及可靠性研究

基于载荷谱对地铁车辆转向架构架进行了寿命预测及可靠性评价,建立了疲劳强度可靠性模型并进行了试验验证,结果表明该模型可用于预测不同服役寿命下构架焊缝结构的可靠度。