轮轨冲击对构架疲劳的影响

论文摘要

铁路运输方式区别于其他运输方式的特点是轮轨动态相互作用。轮轨之间的相互动力作用,以轮轨接触点为分界面,向上传递给机车车辆,向下施加于轨道结构。在我国铁路交通面临大发展的今天,这势必会给铁路运输带来更大的挑战。那么,由轮轨动态相互作用引起的机车车辆和轨道结构的疲劳问题就显得更为突出。本文基于轮轨动态相互作用和结构疲劳寿命预测等相关领域的研究成果,对轮轨动态相互作用给机车车辆关键部件带来的疲劳损伤问题进行研究和探讨。论文参考国内外最新研究成果,将轮轨冲击简化为三自由度系统的垂向振动问题,得到该系统的运动微分方程,通过龙格-库塔积分法获得轮轨冲击的载荷时间历程;其次,利用有限元分析软件建立C0-C0机车的车体、构架、轮对轴箱的有限元模型,为了验证模型的准确性进行静力分析与模态分析,并采用瞬态动力学分析方法得到构架结构的应力时间历程;然后,对应力时间历程进行雨流计数与平均应力修正;最后,结合材料的S-N曲线和Miner线性损伤累积准则,采用疲劳分析软件nSoft的Fe-Fatigue模块对构架结构的疲劳寿命进行计算,得到轮轨冲击下构架的疲劳寿命。分析结果表明:在轮轨冲击作用下,构架的疲劳寿命比较短,尤其是一系垂向减振器座与侧梁焊接的部位在受到来自轮轨冲击产生的脉冲型激扰时,更容易导致结构的疲劳破坏。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 轮轨冲击研究的历史
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 疲劳研究的历史
• 1.4 本文的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 相关理论和方法
• 2.1 一般粘性阻尼系统的响应
• 2.2 疲劳寿命预测方法
• 2.2.1 名义应力法
• 2.2.2 局部应变法
• 2.2.3 局部应力—应变法
• 2.2.4 应力场强法（SFI）
• 2.3 影响疲劳寿命的因素
• 2.4 雨流计数法
• 2.5 疲劳累积损伤理论
• 2.5.1 Miner法则及修正
• 2.6 结构寿命预测方法
• 2.7 构架结构疲劳寿命估算流程
• 2.8 本章小结
• 第3章 轮轨冲击分析
• 3.1 轮轨冲击载荷分类
• 3.2 轮轨冲击分类
• 3.3 轮轨冲击力计算
• 3.3.1 早期轮轨关系模型
• 3.3.2 本文轮轨关系模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 有限元分析
• 4.1 瞬态动力学分析法
• 4.1.1 瑞利阻尼
• 4.2 有限元建立及分析
• 4.2.1 构架静态应力分析
• 4.2.2 构架静强度试验验证
• 4.2.3 构架模态分析
• 4.2.4 动应力计算结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 构架结构疲劳寿命预测
• 5.1 NSOFT中构架结构疲劳概述
• 5.2 材料特性
• 5.2.1 母材的S-N曲线
• 5.2.2 焊缝的S-N曲线
• 5.3 构架结构寿命分析结果
• 5.3.1 NSOFT中构架寿命计算结果
• 5.3.2 ANSYS中构架的寿命分布
• 5.4 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项目