铁路车辆车轮辐板磁粉探伤工艺参数优化设计

论文摘要

列车轮对为铁路车辆重要的行走部。在生产和装配过程中轮对往往形成残余应力,而在实际运行当中,轮对因受到复杂的机械和热载荷作用,易形成缺陷。同时车轮辐板上为操作方便设计的辐板孔容易造成应力集中,加速车轮的破坏。含有辐板孔的车轮已经多次引起安全事故。现在役的车轮中还有半数以上的车轮含有辐板孔,只能在十年以内逐步更换,因此辐板孔缺陷已严重威胁着当前铁路行车安全。因此在车轮厂段修期间准确高效的发现辐板孔缺陷并及时进行修理成为铁路行车安全的重要课题。为此应制订相应的车轮磁粉探伤工艺规范。基于当前只存在车轴磁粉探伤工艺规范的情况,本文以检测的准确度、时间和成本为综合优化目标对车轴的磁粉探伤工艺进行参数设计。首先运用热力耦合有限元分析方法揭示了辐板上应力分布并确定了辐板周向区域为重点检测区域。然后以电磁场有限元分析为辅助手段进行试验设计,实地收集数据,并通过方差分析和多元回归方法考察了充磁电流、充磁时间、辐板孔位置和喷磁悬液时间四个主要工艺参数对检测的准确度的关系,再结合上述四个参数与时间和成本关系以多响应曲面方法求解出优化参数值,作为车轮磁粉探伤工艺规范的建议参数值,最后通过现场试验验证了参数设计的结果。与常规的确定车轮磁粉探伤工艺参数方法不同,论文最终强调的思想是:参数设计不仅应该考虑到工艺准确性的要求,还应考虑工艺的时间和成本等其他因素,寻求综合最优,在保证工艺准确性的前提下提高工艺的时间和经济效率。在寻求合适的参数水平时应采用基于数理统计理论的参数设计方法,摒弃单纯依靠经验的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 研究背景和问题提出
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 轮对辐板孔
• 1.1.2 辐板孔裂纹及调查统计结果
• 1.1.3 国外辐板探伤情况
• 1.1.4 现有车轴探伤工艺
• 1.2 现有车轮缺陷检测工艺及工艺规范确定方法
• 1.2.1 车轮缺陷及相应无损检测方法
• 1.2.2 一般工艺规范确定方法
• 1.3 当前工艺规范确定方法
• 1.3.1 经验公式确定法
• 1.3.2 灵敏度试片法
• 1.3.3 磁特性曲线测定法
• 1.4 现有工艺问题
• 1.5 研究目标
• 第2章 车轮缺陷检测位置确定
• 2.1 轮对受力情况
• 2.2 有限元模型建立
• 2.3 机械载荷有限元分析
• 2.3.1 分析模型及参数
• 2.3.2 施加机械载荷
• 2.3.3 分析结果
• 2.4 热与机械载荷耦合有限元分析
• 2.4.1 模型与分析参数
• 2.4.2 热与机械载荷
• 2.4.3 边界条件
• 2.4.4 分析结果
• 2.5 裂纹扩展研究
• 2.5.1 裂纹产生载荷条件分析
• 2.5.2 裂纹扩展分析
• 第3章 试验设计
• 3.1 设计目标
• 3.2 参数选择
• 3.3 参数水平确定
• 3.3.1 分析模型建立
• 3.3.2 分析结果
• 3.4 试验方案
• 第4章 磁粉检测工艺参数设计
• 4.1 设备改造
• 4.2 试验过程及结果
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 方差分析
• 4.3.2 回归分析
• 4.4 多响应曲面模型
• 4.4.1 每次检测时间
• 4.4.2 每次检查成本
• 4.4.3 多响应曲面关系及约束条件
• 4.4.4 理想函数法建立模型
• 4.4.5 结果及分析
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果