高速动车组构架载荷分类验证研究

深入研究高速动车组转向架构架基本力系构成对建立完备的构架载荷谱具有更为契合其机理及应用的重要意义,能够更为有效、安全地表征构架服役过程中的损伤.通过高精度解耦技术制作完成测力构架,高度模拟构架"在位状态"的自由度状况与载荷作用方式,对构架进行准静态标定.基于长期跟踪试验同步获得我国主要干线的构架载荷、应力历程.在分析转向架运动模式和承载功能的基础上,以平衡状态为目标提取所有载荷,构建构架17种准平衡力系.基于实测载荷,分析构架疲劳控制部位应力响应的时域和频域特征,结合同步获得的车辆运行状态信号,验证提出的基础载荷平衡力系可以全面反映线路运行工况下的疲劳损伤.通过时域Pearson相关系数及频域功率谱、相干性结果验证基础载荷系符合构架关键区域的时频信息特征.通过单一载荷所产生的损伤占比从损伤的角度对构架的基本载荷系进行完整性确认.该研究结果对建立高速列车转向架构架载荷谱具有重要意义.     

高速列车转向架构架疲劳试验载荷谱研究

通过转向架构架平衡方程,确定车体加速度为构架主体载荷的计算输入参数,对典型镟修周期内振动数据进行统计分析,得到该参数随运营里程的演变规律。基于线性累积损伤和超越累积频次扩展法则,提出特定车轮磨耗状态下的长程谱拓展及特征加速度计算方法。随着车轮等效锥度和踏面粗糙度的增长,车辆的振动水平随之加剧,提出劣化函数描述构架载荷在镟修周期内的恶化过程,曲线由长期服役跟踪试验累积的车体特征加速度拟合得到。根据广义Basquin公式提出全寿命周期内劣化曲线的等效特征加速度计算方法,获得台架试验载荷谱。试验载荷谱设计考虑了频次压缩、损伤扩展、载荷周期劣化特征,满足构架实际运用状态的损伤一致性。     

一种新的加速耐久性试验谱编制方法

试车场实测载荷谱中含有大量的低幅值载荷,在进行载荷谱编辑处理时存在许多小载荷删除准则,而这些准则往往仅考虑小载荷是否造成损伤。考虑到低幅值载荷的强化效应,提出了一种新的小载荷删除准则。应用该准则对试车场实测载荷谱进行编辑处理,生成了加速谱。从幅值域(穿级计数、雨流计数),损伤域(损伤保留、雨流循环损伤分布),频率域(冲击响应谱、频域疲劳损伤谱)多方面对原始谱和加速谱进行了对比分析,结果表明该方法在保留损伤,保证损伤载荷分布特征和频域特征的基础上实现了加速,加速谱可代替原始谱进行耐久性试验。通过建立整车台架试验,验证了该耐久性试验载荷谱编制方法的可行性。     

强耦合结构动载荷识别方法

以高速列车转向架构架为研究对象对强耦合结构的动载荷识别方法进行了研究.分析构架的结构特点及载荷系分布,以齿轮箱载荷识别为例通过加载齿轮箱载荷工况及干扰载荷工况获得强耦合边界测点的应变响应,通过三次样条空间插值的方法分别获得了三种工况下的强耦合区域内部的应变分布,将两种干扰载荷工况应变等高线交叉为零的点选为齿轮箱载荷识别测点,通过逐级加载的"载荷-应变"传递系数标定试验获得了标定散点,通过对散点进行回归分析获得最终的齿轮箱载荷系"载荷-应变"传递系数从而完成了载荷识别.通过线路实测获得了齿轮箱载荷系的时域数据,利用短时傅里叶变换得到了齿轮箱载荷系的时频图及频谱图,通过频域分析验证了该载荷解耦方法的有效性.     

悬臂梁结构单点非高斯激励动态位移响应分析

针对非高斯随机载荷的复杂性,研究了悬臂梁结构在单点非高斯激励下的位移响应问题。通过定性分析非高斯随机载荷的统计特性和频谱特征指出基于功率谱的频域方法对于非高斯过程不完全适用,并进一步说明基于高阶谱的分析方法很难展开应用。通过理论研究建立了悬臂梁结构时域非高斯激励位移响应计算公式,并确定了影响结构位移响应峭度值的不同因素。通过仿真计算具体分析了激励位置、平稳性和阻尼比对结构位移响应非高斯性的影响。     

结构载荷加重系数对疲劳裂纹扩展寿命的影响

介绍飞机结构载荷加重方法,通过经典疲劳裂纹扩展公式推导出载荷加重系数与寿命之间的关系。规划了变幅载荷谱和常幅谱两种谱型,分别通过载荷加重系数(1.05、1.1、1.15、1.2、1.3、1.4)在两种类型的试验件上进行试验验证。试验结果表明:在常幅载荷下,预测结果与试验结果吻合很好;变幅载荷谱下的结果虽没有常幅载荷下的结果理想,但误差范围比较小。通过载荷加重,能够大量缩短试验时间,并通过有效关系导出原谱下的裂纹扩展寿命。     

大型门式起重机的风振特性研究

为了解随机风载荷在风灾频发地区对大型门式起重机的影响,借鉴建筑工程学中随机风载荷的处理方法,利用风载荷功率谱密度函数得到风载荷的时程曲线并应用于门式起重机的风振特性研究,利用计算流体软件对风场进行模拟仿真,在起重机行业还不够成熟。工程界对于结构的动态响应分析一般有时域和频域两种分析方法,虽然频域分析法方便迅速,但时域分析因其在复杂系统的非线性方面的优势以及其计算结果的精确直观并易于掌握结构的整机风振特性,更易被结构工程师所接受。利用ANSYS软件分析了门式起重机金属结构在静风载荷和随机风载荷作用下的响应,通过对比得出,大型门式起重机在不考虑风载荷的脉动效应时将使计算结果偏于不安全。     

直板叶片冲击振动响应试验的动力学相似设计方法

针对直板叶片受冲击载荷激励瞬态响应难以预测的问题,提出一种冲击载荷作用下的虚拟模态能量相似方法(Similitude based on virtual mode and statistical energy,SVMSE).采用统计能量分析、虚拟模态综合法和动力学相似理论相结合的方法,推导直板叶片在冲击载荷作用下时域和频域的响应相似关系,并通过设计实例,采用数值仿真验证所提出SVMSE动力学相似设计方法的有效性和正确性,结果显示,预测的加速度时域响应基本与原型结果保持一致,冲击响应谱的预测误差小于2 dB.此外,试验结果表明直板叶片的加速度时域响应与仿真结果一致,冲击响应谱在整个分析频段内误差小于6 dB.因此,SVMSE相似设计方法能够预测直板叶片的冲击响应,为航空发动机直板叶片受高频冲击载荷的模型试验研究提供理论基础.     

整车四立柱台架试验中目标谱的加速方法研究

汽车试验场道路载荷谱中包含大量的高频低幅值载荷,实测载荷谱的加速处理是建立整车四立柱台架试验的关键一步。以某轿车汽车试验场实测载荷谱为基础,结合累积疲劳损伤理论和低载强化理论,提出了一种新的小载荷删除原则,应用该准则对试车场实测载荷谱进行编辑处理,生成试验加速谱。从幅值域、伪损伤和频率域多方面对加速谱的有效性进行理论验证。结果表明该方法在保留损伤,保证损伤载荷特征和频域特征的基础上实现了加速。最后,通过建立整车台架试验,试验中出现了与汽车试验场一致的失效模式,验证了该载荷谱加速方法的合理性。该方法可为其他车型的整车四立柱台架试验载荷谱的加速编制提供一定的参考。     

虚拟激励法在叶轮随机振动分析中的应用

叶轮在运转过程中受到各种随机气动载荷的作用。分析时可以采用时域方法，用单向耦合方式求解结构的位移及应力响应，但整个多载荷步瞬态分析十分耗时。本文基于频域分析，采用虚拟激励法求解随机气动载荷作用下叶轮结构的响应问题，同时利用ANSYS谐响应分析模块及 APDL 命令流，实现了多维多点虚拟激励法在离心式压缩机叶轮的工程应用，得到叶轮结构的响应谱特征，继而求得响应的均值、方差、各阶谱矩等，为求解叶轮的超越概率以及可靠度指标等打下了基础。