论文题目: 中低速磁浮列车转向架疲劳寿命分析和仿真
论文类型: 硕士论文
论文专业: 机械工程
作者: 任治军
导师: 赵志苏
关键词: 磁浮列车,转向架,有限元方法,疲劳分析,仿真
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着科学技术的进步，高速、平稳、安全、无污染的磁浮列车已成为现代比较理想的交通工具。世界上多个国家相继展开了研究，德国和日本先后取得了领先地位。同时，我国也展开了相关的技术研究，我校外协项目——八达岭磁浮列车旅游示范线就是在该背景下立项的，本课题来源于该项目。转向架是磁浮列车车辆的重要部件，是整个列车的底盘，起着传递悬浮力、导向力的重要作用，且承受的载荷是交变的，因而疲劳破坏成为其主要的失效形式，所以有必要在静强度分析的基础上对转向架进行疲劳强度分析。但由于转向架结构复杂，疲劳试验耗时耗力不易实现，应用有限元方法结合实测载荷谱进行疲劳寿命仿真是一条行之有效的途径。 本文介绍了磁浮列车转向架疲劳分析的相关背景，分析了课题研究的意义，总结了课题研究的主要内容；结合磁浮列车转向架论述了疲劳分析的相关理论，并根据转向架实际情况确定疲劳分析方法；搭建了数据采集系统，实测载荷谱并进行分析和处理；应用基于有限元的名义应力法的相关理论，建立转向架有限元静力学模型，获得转向架应力应变分布，结合载荷谱应用疲劳分析软件对转向架进行仿真分析，得到了转向架疲劳寿命分布；应用基于有限元的应力功率谱密度函数法的相关理论，建立转向架有限元动力学模型，获得转向架的应力功率谱密度函数，并应用功率谱密度函数法分析转向架应力集中点的疲劳寿命；对两种仿真结果进行对比分析，验证了仿真结果的合理性和仿真方法的有效性。 本课题的研究方法对转向架疲劳分析的全面展开有较大的指导意义。其结果对转向架结构改进和疲劳试验有一定的参考价值，并对提高整车安全性有重要意义。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1.1 课题研究的背景
1.1.1 课题背景
1.1.2 CMS—03磁浮列车转向架结构简介
1.1.3 CMS—03磁浮列车转向架结构的疲劳特点
§1.2 课题研究的意义
§1.3 国内外研究的历史与现状
1.3.1 疲劳研究简史
1.3.2 磁浮列车转向架疲劳分析的国内外研究现状
§1.4 课题研究的主要内容
1.4.1 本文研究的思路
1.4.2 本文所做的工作
第二章 结构疲劳寿命的理论分析
§2.1 引言
2.1.1 疲劳的定义
2.1.2 疲劳破坏的特征
2.1.3 疲劳破坏的分类
§2.2 金属材料的疲劳性能
2.2.1 疲劳应力与持久极限
2.2.2 疲劳寿命曲线
2.2.3 平均应力和平均应变的影响
§2.3 影响疲劳强度的因素
2.3.1 应力集中的影响
2.3.2 尺寸效应
2.3.3 表面加工和表面处理
2.3.4 腐蚀
2.3.5 温度的影响
§2.4 疲劳累积损伤理论
2.4.1 损伤的定义
2.4.2 疲劳累积损伤理论
§2.5 疲劳寿命分析方法
2.5.1 名义应力法
2.5.2 局部应力应变法
2.5.3 损伤容限法
2.5.4 功率谱密度函数法
§2.6 本章小结
第三章 载荷谱的采集和处理
§3.1 数据采集系统的组成
3.1.1 数据采集系统的组成
3.1.2 传感器的安装位置
3.1.3 数据采集时的工况
§3.2 载荷数据的采集和预处理
3.2.1 载荷数据的采集
3.2.2 载荷数据的预处理
3.2.3 载荷谱的拟合
§3.3 载荷谱的检验
3.3.1 载荷谱的平稳性检验
3.3.2 载荷谱的正态性检验
§3.4 载荷谱的功率谱估计
3.4.1 功率谱估计的改进周期图法(Welch)的基本理论
3.4.2 垂向随机振动样本长度的选取
3.4.3 功率谱估计的实现
§3.5 本章小结
第四章 基于有限元名义应力法的转向架疲劳寿命分析和仿真
§4.1 基于有限元的名义应力法的理论分析
4.1.1 名义应力法的基本假设
4.1.2 名义应力法估算疲劳寿命的步骤
§4.2 转向架的垂向静力学分析
4.2.1 有限元静力学分析的步骤
4.2.2 磁浮列车转向架的有限元静力学分析
§4.3 基于有限元的名义应力法转向架的疲劳寿命分析和仿真
4.3.1 应力时间历程
4.3.2 应力时间历程的雨流计数
4.3.3 应力时间历程的平均应力修正
4.3.4 材料S—N曲线的拟合和K_f的选择
4.3.5 疲劳寿命分析及仿真结果
§4.4 本章小结
第五章 基于有限元功率谱密度函数法的转向架结构疲劳寿命分析和仿真
§5.1 基于有限元的结构振动的基本方程
5.1.1 多自由度系统的振动方程
5.1.2 转向架结构固有频率和振型
§5.2 转向架的有限元模态计算
5.2.1 转向架的有限元模态计算方法
5.2.2 转向架的有限元模态计算结果及分析
§5.3 基于有限元的随机振动模态分析
5.3.1 随机振动模态分析法的理论基础
5.3.2 转向架随机振动的有限元计算
5.3.3 转向架随机振动有限元计算结果及分析
§5.4 转向架应力功率谱密度函数法疲劳寿命分析和仿真
5.4.1 窄带应力过程的水平穿越率
5.4.2 窄带随机过程的疲劳损伤模型
5.4.3 宽带随机过程的疲劳损伤模型
5.4.4 转向架垂向应力功率谱密度函数疲劳寿命分析和仿真的实现
§5.5 本章小结
第六章 结论与展望
§6.1 课题总结
§6.2 研究展望
致谢
参考文献
作者在攻读硕士学位期间发表的论文
发布时间: 2006-09-22
参考文献
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