高速转向架构随机加载理论与试验研究

论文摘要

随着铁道车辆向重载、高速化发展,车辆零部件实际的服役条件变得更加复杂,其安全性和可靠性越来越受到重视。作为长期承受随机载荷作用的转向架构架,其疲劳可靠性问题直接关系到行车安全。因此,研究随机载荷下构架的疲劳强度显得尤为重要。本文在查阅大量国内外关于随机载荷下转向架构架疲劳强度理论与试验研究方法的基础上,以高速转向架焊接构架为研究对象,通过动力学仿真得到了几种典型工况的随机载荷谱,利用有限元软件ABAQUS进行了动应力计算,得到了构架任意部位的应力时间历程,同时对不同因素和考虑车体弹性时对构架动应力的影响进行了分析,为构架疲劳寿命的评估奠定了基础。本文分别进行了高速转向架构架随机载荷加载、块谱加载以及等幅循环载荷加载三种方式的实验室动应力试验,测试得到了构架关键部位的动应力,利用不同部位的焊缝等级及相应的S-N曲线,在疲劳累积损伤理论的基础上,对构架关键部位的疲劳寿命进行了评估。通过仿真计算结果与试验结果的对比分析,得出两种结果具有良好一致性的结论,证明了实验室随机加载动应力试验的可行性,为我国高速动车组转向架构架疲劳强度的评定提供了一个有效的途径。本文还对加速疲劳试验的载荷谱进行了研究,在损伤等同和损伤分布一致原则的基础上,通过穿级计数统计方法和雨流时域重构的方法,分别得到了与构架设计寿命一致的块谱和加速疲劳试验的随机载荷谱,为实验室疲劳试验载荷谱的生成提供了有效的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.2 本文的研究意义
• 1.3 车辆随机载荷下疲劳强度理论与试验研究现状
• 1.3.1 理论方面
• 1.3.2 试验方面
• 1.4 加速疲劳试验载荷谱研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 1.6 本章小结
• 第2章 高速转向架构架随机载荷下的动应力计算
• 2.1 有限元软件ABAQUS简介及其动态分析方法
• 2.2 高速转向架构架组成
• 2.3 构架动应力的获取方法
• 2.4 构架动应力计算
• 2.4.1 计算模型的建立
• 2.4.2 载荷时间历程及工况
• 2.4.3 边界条件的确定
• 2.5 动应力计算结果
• 2.6 不同服役条件对转向架构架动应力的影响
• 2.6.1 车辆不同速度下直线运行对动应力的影响
• 2.6.2 车辆在特定速度下通过曲线对动应力的影响
• 2.6.3 车辆在特定速度下故障对动应力的影响
• 2.7 车体弹性对构架动应力的影响
• 2.8 本章小结
• 第3章 基于实验室台架的动应力试验研究
• 3.1 相关理论
• 3.1.1 雨流计数法原理
• 3.1.2 S-N曲线和焊缝等级
• 3.1.3 疲劳累积损伤理论
• 3.2 疲劳寿命的估算方法
• 3.3 动应力试验
• 3.3.1 试验工况及载荷
• 3.3.2 数据采集系统及测点布局方案
• 3.3.3 动应力测试
• 3.4 转向架构架的动应力试验结果及疲劳寿命评估
• 3.5 本章小结
• 第4章 理论计算结果与试验结果的对比分析
• 4.1 各工况下最大应力比较
• 4.2 各工况下最大动应力幅值比较
• 4.2.1 直线运行工况的比较
• 4.2.2 曲线运行工况的比较
• 4.2.3 故障运行工况的比较
• 4.3 本章小结
• 第5章 加速疲劳试验载荷谱的生成
• 5.1 穿级计数原理
• 5.2 加速疲劳试验块谱的生成
• 5.2.1 构架主体试验块谱的生成方法
• 5.3 加速疲劳试验随机载荷谱的生成
• 5.3.1 加速疲劳试验随机载荷谱生成的原则和方法
• 5.3.2 随机载荷谱的压缩统计
• 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