基于接触理论的货车用组合式制动梁数值仿真及试验验证

论文摘要

制动梁是铁道车辆重要的组成部分,是铁路车辆“三防”体系中“防脱、防断”措施的主要对象之一,是列车行走制动的关键部件。铁路全面提速后,随着列车运行速度的提高和制动时间、制动频次的增加,制动梁运用中故障率居高不下,极大地影响了行车安全。研制新型制动梁或改进现有制动梁以适应货车提速、重载的发展需要已是相当紧迫的任务,因此,货车用组合式制动梁数值仿真及试验的研究具有重要意义。最新研制的组合式制动梁,它突破了焊接结构思路,不再由多个板件组焊,而是改用锻造工艺制造主要部件,然后通过紧固件组装在一起而形成模块化结构。从力学角度看,部件接触边界条件是属于非线性的,因此,创建一个可靠的基于接触理论的制动梁计算模型是组合式制动梁数值仿真的关键。本文基于接触问题基本原理和数值仿真关键技术,采用MSC.Marc的直接约束法(直接约束法是追踪物体运动轨迹,一旦探测发生接触,便将接触所需的运动约束作为边界条件直接施加在产生接触的节点上),建立了制动梁和支柱的接触有限元模型。基于接触有限元理论模型,根据“铁道车辆强度设计及试验鉴定规范”要求,进行了一系列方案比较,对制动梁架两端后T形杆与切口圆弧及断面尺寸进行了有针对性的调整,降低了高应力区的应力水平,使此处应力分布更加合理。制动梁架斜撑部分由原来的变截面改为均匀断面,克服了原设计中强度不足的缺陷。同时,新方案还降低了制动梁的重量。最终方案组合式制动梁的试验结果与计算结果基本一致。目前,该制动梁已投入使用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 1 课题研究目的和意义
• 2 制动梁研究现状
• 3 多体接触数值分析的研究现状
• 4 本文的主要任务、研究内容和方法
• 第一章 接触问题算法原理
• 1.1 接触问题简介
• 1.2 接触算法
• 1.3 接触分析中的接触探测问题
• 第二章 接触分析软件MARC
• 2.1 MARC 程序结构特点
• 2.1.1 MARC 简介
• 2.1.2 MARC 程序结构特点
• 2.2 MARC 软件功能介绍
• 2.3 MARC 软件接触分析步骤
• 第三章 组合式制动梁数值仿真及试验验证
• 3.1 组合式制动梁结构简介
• 3.2 组合式制动梁接触模型
• 3.2.1 模型的建立和网格划分
• 3.2.2 边界条件及载荷工况
• 3.2.3 边界条件给定
• 3.2.4 载荷工况的定义
• 3.3 接触计算结果分析
• 3.4 组合式制动梁静载荷及静强度试验
• 3.4.1 静载荷试验
• 3.4.2 静强度试验
• 3.4.3 静载荷试验结果
• 3.4.4 静强度试验结果
• 3.4.5 计算结果与试验结果比较
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢