CRH3型动车组焊接构架疲劳强度及动态特性分析

摘要

随着我国高速铁路的快速发展，列车运行速度不断得到提升，从而对车辆的安全性和可靠性提出了更高要求。动车组速度的提升和轻量化技术的应用使得转向架各关键部件在轨道激励下的振动特性和服役状态发生变化。焊接构架作为转向架支撑车体和连接各零部件的关键结构，其服役性能的安全可靠性直接影响着列车的运行安全。为此，本文以CRH3型动车组转向架焊接构架作为研究对象，从疲劳强度和动态特性两方面开展了相关研究。
　　首先，对比分析了外推热点应力法和等效结构应力法两种焊接结构的安全评定方法，确定采用基于断裂力学和网格不敏感的等效结构应力法进行CRH3型动车组构架的焊缝安全评定。通过T型角接接头验证了等效结构应力法的网格不敏感性。
　　其次，分析了CRH3型动车组焊接构架在实际服役中的受载条件，根据UIC615-4标准，采用有限元法进行了超常载荷工况和模拟运营工况下焊接构架的静强度仿真分析，并采用von Mises应力屈服准则对其进行静强度评估。构架的在超常工况下的最大应力为250.5MPa，模拟运营工况下的最大应力为185.3MPa，构架满足静强度要求。在静强度计算结果的基础上，采用Goodman-Smith疲劳极限图对其疲劳强度进行分析，结果表明，构架满足疲劳强度要求。
　　再次，为提高有限元计算结果的准确性和计算效率，采用子模型技术建立了焊缝薄弱区—转臂定位座处（平均应力和应力幅较大）的子模型，并运用等效结构应力法分析关键焊缝的疲劳寿命，得到关键部位焊缝最小寿命为1.172×107次，大于UIC615-4标准规定的1×107次，所以，构架焊缝的疲劳寿命满足设计要求。
　　最后，从自由模态和约束模态两方面对比分析了焊接构架的振动特性。采用模态分析确定了构架的各阶固有频率和对应的振型;通过谐响应分析研究了轨道激励对构架振动特性的影响，得到各个关键点的幅频曲线，以此确定了CRH3型动车组焊接构架薄弱部位的共振频率为34Hz、43Hz、63Hz、79Hz、93Hz。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容及方法

2 疲劳分析方法概述

2．1 疲劳设计综述

2．1．1 疲劳的定义

2．1．2 疲劳评定方法综述

2．2 结构应力法

2．2．1 热点应力外推法

2．2．2 等效结构应力法

2．2．3 两种方法的对比

2．3 等效结构应力法网格不敏感性验证

2．3．1 角接接头的建模过程

2．3．2 网格不敏感性验证

2．4 本章小结

3 构架强度分析

3．1 构架结构特点

3．2 构架有限元模型及加载标准

3．2．1 构架有限元模型

3．2．2 构架加载标准及工况选取

3．3 构架静强度分析

3．3．1 静强度评定标准

3．3．2 边界条件

3．3．3 构架超常载荷工况计算分析

3．3．4 构架模拟运营载荷工况计算分析

3．4 构架疲劳强度校核

3．4．1 疲劳极限法介绍

3．4．2 疲劳极限图的绘制

3．4．3 构架疲劳强度校核

3．5 本章小结

4 基于等效结构应力法的构架焊缝疲劳寿命预测

4．1 构架疲劳设计载荷的确定

4．1．1 疲劳试验载荷的计算

4．1．2 疲劳试验载荷加载方式

4．2 子模型介绍及创建

4．2．1 子模型技术原理

4．2．2 子模型技术路线

4．2．3 构架子模型的创建

4．3 构架焊缝疲劳寿命预测

4．3．1 Fe—safe的介绍

4．3．2 载荷加载方式

4．3．3 基于Verity模块的焊缝寿命计算

4．4 本章小结

5 构架动态特性分析

5．1 构架模态分析

5．1．1 模态分析基本理论

5．1．2 自由模态分析

5．1．3 约束模态分析

5．1．4 自由模态和约束模态的对比

5．2 构架谐响应分析

5．2．1 谐响应分析基本理论

5．2．2 谐响应分析

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果