磁浮道岔梁结构动应力及疲劳寿命分析

论文摘要

磁浮道岔梁是磁浮交通系统中的重要基础设施,是磁浮列车换线运行的渡线工具。高速磁浮列车通过转向架环抱轨道运行,这导致磁浮道岔结构形式较传统铁路道岔有显著区别,其实质上是一种结构庞大、截面形式复杂、可弹性弯曲的钢结构连续梁。道岔转辙时间、过车时动力学性能及结构疲劳寿命等是决定其技术水平的重要参数,为了保证高速磁浮列车安全、舒适运行,有必要对道岔梁的动应力响应及疲劳寿命进行细致研究。本文以上海磁浮试验线低速双开道岔为对象,基于磁浮车辆—道岔梁耦合动力学模型,仿真计算磁浮车辆直向过岔时道岔梁动应力响应。利用上海低速双开磁浮道岔梁的现场实测数据,开展道岔梁的疲劳寿命预测分析,以期为磁浮道岔的国产化设计提供有用的参考。论文针对磁浮道岔梁结构进行系统分析,建立了道岔梁结构的动力学模型并对其进行了模态计算分析。根据已有的研究成果,简单介绍了磁浮车辆的总体结构和悬浮导向控制系统,在此基础上建立磁浮车辆—道岔梁耦合动力学模型。结合道岔梁的结构特点、模态分析结果及仿真计算结果,在道岔梁关键截面处选取相应的应力分析点,仿真计算了磁浮列车直向过岔时道岔梁的应力响应,研究了行车速度、列车编组、线路不平顺对道岔梁动应力响应的影响。基于国内外结构疲劳寿命预测分析的相关理论、根据Eurocode3钢结构设计规范中有关疲劳强度计算的内容、利用实测数据对上海磁浮示范线低速双开道岔梁结构进行疲劳寿命预测分析。计算结果显示道岔梁第三跨跨中截面肋板上靠近腹板处节点寿命最短,是道岔应力疲劳危险点。经过进一步分析,发现道岔梁的疲劳损伤主要是由道岔梁的转辙过程造成的。为了提高道岔梁的使用寿命,应降低转辙过程中道岔梁的应力幅值水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 磁浮交通发展概况
• 1.1.2 钢桥疲劳问题
• 1.2 钢桥结构疲劳研究现状
• 1.2.1 钢桥疲劳的损伤机理研究
• 1.2.2 钢桥疲劳寿命的预测研究
• 1.3 磁浮道岔梁动力学及结构疲劳研究
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 疲劳寿命分析基础理论
• 2.1 疲劳和疲劳寿命
• 2.1.1 疲劳定义
• 2.1.2 疲劳分类
• 2.1.3 疲劳寿命
• 2.2 材料的疲劳性能
• 2.2.1 疲劳应力与疲劳极限
• 2.2.2 材料的S-N曲线
• 2.3 疲劳强度的影响因素
• 2.4 雨流计数法
• 2.5 疲劳累积损伤理论
• 2.5.1 线性累积损伤理论
• 2.5.2 双线性累积损伤理论
• 2.6 结构寿命预测方法
• 2.7 获取结构应力的四种仿真方法
• 2.7.1 准静态应力分析
• 2.7.2 瞬态动力学分析
• 2.7.3 谐响应分析
• 2.7.4 随机振动应力分析
• 2.8 本章小结
• 第3章 磁浮车辆—道岔梁耦合动力学建模
• 3.1 磁浮道岔梁动力学模型
• 3.1.1 磁浮道岔梁结构分析及有限元建模
• 3.1.2 磁浮道岔梁模态计算方法
• 3.1.3 磁浮道岔梁模态分析
• 3.2 磁浮车辆系统动力学模型
• 3.2.1 TR08磁浮车辆总体结构
• 3.2.2 悬浮导向控制系统模型
• 3.3 磁浮车辆—道岔梁耦合动力学模型及其数值求解
• 3.4 本章小结
• 第4章 磁浮道岔梁动应力分析
• 4.1 车辆低速通过时道岔梁的动应力分析
• 4.1.1 道岔主梁应力分析
• 4.1.2 肋板应力分析
• 4.2 不同速度下道岔梁的动应力分析
• 4.2.1 不同速度下主梁节点动应力响应
• 4.2.2 不同速度下肋板节点动应力响应
• 4.3 不同车辆编组情况下道岔梁的动应力分析
• 4.4 线路不平顺条件下道岔梁的动应力分析
• 4.5 有限元模型的"低通效应"
• 4.6 本章小结
• 第5章 磁浮道岔梁的疲劳寿命预测分析
• 5.1 钢结构抗疲劳设计方法
• 5.1.1 各国规范的比较分析
• 5.1.2 Eurocode3疲劳曲线
• 5.2 基于实测数据的道岔梁疲劳寿命预测分析
• 5.2.1 实测结果的雨流计数
• 5.2.2 磁浮道岔梁的疲劳寿命分析
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研实践