转K6型转向架侧架疲劳寿命研究

论文摘要

我国铁路货车广泛使用三大件式转向架。侧架作为转向架的部件之一，有着极为关键的作用。如果在运行中侧架出现疲劳断裂，将严重威胁列车运行安全，因此，侧架的疲劳问题一直是铁道货车行业极为关注的问题之一。随着我国铁道货运向重载高速方向的快速发展，转向架的受力状态更加恶劣，给转向架提出了更加苛刻的要求。为了提高货车车辆的运用效益，铁道部提出了将侧架的运用期限由当前的25年提高至35年的设想。为了确保铁路运输安全，有必要对侧架的疲劳强度可靠性进行深入研究。目前，我国铁路货车开始大量使用轴重25t、最高运营速度120km/h的转K6型转向架。本文以转K6型转向架侧架为研究对象，对侧架进行了有限元计算分析；依据AAR机务标准中的载荷谱和大秦线2万t重载列车的载荷谱，分别采用名义应力法、局部应力-应变法和断裂力学法，对侧架的疲劳寿命、裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命进行了估算；并对基于名义应力法估算的疲劳寿命与裂纹萌生以及裂纹扩展之总寿命进行了对比分析，以定量评估转K6转向架侧架线路运行35年安全可靠性。具体包括以下研究内容：1．采用PROE软件建立侧架的三维模型，并采用ABAQUS软件对其进行有限元计算，分析其强度薄弱部位及其应力分布。2．依据AAR机务标准中的载荷谱和大秦线2万t重载列车的载荷谱，采用名义应力法对侧架进行疲劳寿命估算，对两种载荷谱下的结果进行了对比分析。3．依据AAR机务标准中的载荷谱和大秦线2万t重载列车的载荷谱，采用局部应力-应变法对侧架进行裂纹萌生寿命估算。4．依据AAR机务标准中的载荷谱和大秦线2万t重载列车的载荷谱，采用断裂力学法对侧架进行裂纹扩展寿命估算。5．对两种载荷谱下所估算的疲劳寿命（基于名义应力法估算的）与裂纹萌生以及裂纹扩展总寿命进行了对比分析。6．对转K6转向架侧架线路运行35年的安全可靠性进行评估。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、意义和现状
• 1.1.1 研究的背景和意义
• 1.1.2 研究的国内外现状及水平
• 1.2 疲劳理论研究的发展概况
• 1.3 本论文主要研究内容
• 第2章 转 K6 转向架侧架的有限元计算
• 2.1 有限元法及 ABAQUS 软件
• 2.1.1 有限元法概述
• 2.1.2 有限元法的分析过程
• 2.1.3 ABAQUS 软件介绍
• 2.2 转 K6 型转向架侧架三维模型的创建及 B+级钢简介
• 2.3 转 K6 型转向架侧架的有限元计算
• 2.3.1 有限元模型
• 2.3.2 载荷和边界条件
• 2.3.3 有限元计算结果分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 转 K6 型转向架侧架疲劳寿命估算
• 3.1 疲劳寿命估算概述
• 3.1.1 疲劳寿命估算方法简介
• 3.1.2 名义应力法
• 3.1.3 疲劳累积损伤理论
• 3.2 影响疲劳强度的因素
• 3.3 侧架的疲劳寿命估算
• 3.3.1 材料和零件的 S-N 曲线
• 3.3.2 载荷谱及应力谱的确定
• 3.3.3 疲劳强度降低系数K f的选取
• 3.3.4 非零应力均值的修正
• 3.3.5 疲劳寿命估算
• 3.4 本章小结
• 第4章 侧架疲劳裂纹萌生寿命估算
• 4.1 局部应力-应变法概述
• 4.1.1 循环应力-应变曲线与迟滞回线
• 4.1.2 稳态诺伯法
• 4.1.3 应变-寿命曲线
• 4.2 B+级钢参数的确定
• 4.3 载荷谱的确定及疲劳强度降低系数K f的选取
• 4.4 侧架疲劳裂纹萌生寿命估算
• 4.5 本章小结
• 第5章 侧架疲劳裂纹扩展寿命估算
• 5.1 断裂力学概述
• 5.2 裂纹应力强度因子
• 5.3 应力强度因子的有限单元法
• 5.3.1 普通单元法
• 5.3.2 特殊单元有限元法
• 5.4 疲劳裂纹扩展寿命估算步骤
• 5.5 疲劳裂纹扩展速率及 B+级钢门槛值
• 5.6 侧架初始及临界裂纹尺寸设定
• 5.7 侧架疲劳裂纹扩展寿命估算
• 5.7.1 侧架应力强度因子计算
• 5.7.2 侧架裂纹扩展寿命
• 5.8 本章小结
• 第6章 侧架疲劳寿命评估分析
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 附录 A