CRH3型高速动车组转向架抗疲劳能力研究

论文摘要

随着我国铁路第六次大提速的顺利实施,以及客运专线不断建成通车,国产CRH系列200～300km/h动车组已分期分批投入运营。转向架是高速动车组的走行机构,必须始终保持良好的性能状态,才能保证高速列车的安全可靠运行。由于高速动车组技术复杂,价格昂贵,如何减少动车组检修库停时间,增加走行公里数,提高运营效益,是各国高速铁路运营所追求的共同目标。铁路车辆的疲劳事故不断发生,关键部位疲劳断裂一旦发生,将产生非常严重的后果。车辆疲劳问题的解决是铁路安全运输的迫切需求。本文在对国内外关于焊接结构疲劳及铁路车辆疲劳寿命预测研究现状及焊接结构疲劳寿命预测的基本理论和方法的基础上,鉴于目前铁路车辆焊接结构的疲劳评价标准较少,且美国AAR标准仅是针对铁路货车制定的。在进行虚拟疲劳试验中,引入了工程上广泛应用的国际焊接协会IIW标准和英国BS标准,以及写入2007版ASME锅炉及压力容器标准结构应力法,并且API/ASME合于使用性评定标准中均推荐将该方法应用于焊缝疲劳分析。并介绍了各个标准及方法的理论基础及计算原理,并从理论上对各种理论方法进行了对比,得出各个方法的优势与劣势。本文以CRH3型高速动车组转向架焊接构架为研究对象,首先根据UIC加载标准,对该转向架进行了静强度计算,然后应用Goodman曲线、国际焊接学会IIW标准、英国BS标准以及结构应力法对该转向架进行疲劳寿命预测,并分析了这几种评定方法的特点及应用范畴,最后根据这几种计算结果进行了比较,得出结构应力法相对其他方法在理论和实际应用中均有明显的优势,应该得以推广。本课题得到铁道部科技研究开发计划重点课题《大轴重机车车辆技术研究—大轴重货车焊接结构焊缝疲劳寿命研究与应用》（课题号:2009J005-C）的资助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 疲劳发展概况
• 1.2 焊接疲劳发展状况
• 1.3 车辆焊接结构研究状况
• 1.4 转向架构架疲劳评定研究现状
• 1.5 本文主要内容
• 本章小结
• 第二章 基本理论
• 2.1 疲劳理论
• 2.1.1 热点应力法的基本原理
• 2.1.2 疲劳累积损伤理论
• 2.2 疲劳评估的相关标准
• 2.2.1 IIW 标准
• 2.2.2 BS 标准
• 2.3 结构应力法
• 2.3.1 结构应力与等效结构应力概念
• 2.3.2 网格不敏感结构应力计算
• 2.3.3 《网格不敏感的主S-N 曲线法》的基本原理
• 2.3.4 等效结构应力法与外推热点应力法的对比分析
• 本章小结
• 第三章 CRH3 转向架结构及静强度计算
• 3.1 结构介绍
• 3.1.1 高速动车组转向架概述
• 3.1.2 CRH3 型高速动车组转向架概述及构架特点
• 3.2 UIC 静强度加载标准
• 3.3 CRH3 有限元模型
• 3.4 CRH3 高速转向架静强度计算
• 3.4.1 构架特殊载荷计算工况
• 3.4.2 构架运用时主要载荷计算工况
• 3.4.3 静强度计算结果
• 本章小结
• 第四章 基于GOODMAN 曲线、IIW/BS 标准的疲劳评定
• 4.1 疲劳寿命评估点的选取
• 4.2 GOODMAN 图标准评定
• 4.3 GOODMAN 曲线疲劳评估结果
• 4.4 UIC 疲劳加载标准
• 4.5 IIW、BS 标准评定
• 4.5.1 IIW 评定结果
• 4.5.2 BS 评定结果
• 本章小结
• 第五章 基于结构应力法的疲劳评定
• 5.1 FE-SAFE 及VERITY 模块介绍
• 5.2 应用FE-SAFE 的VERITY 模块进行疲劳寿命计算
• 5.2.1 含焊缝细节的有限元模型
• 5.2.2 Fe-safe Verity 的加载方式
• 5.3 基于FE-SAFE VERITY 的寿命计算
• 5.3.1 导入应力分析结果
• 5.3.2 应用verity 进行结构应力计算
• 5.3.3 定义材料和载荷谱
• 5.3.4 计算并查看分析结果
• 5.4 三种方法的对比
• 5.5 应用结构应力法的一些拓展
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢