C80B型敞车车体结构疲劳寿命分析

摘要

在我国铁路货运的高速、重载政策实施中,大秦线上运行的80t运煤敞车是我国目前货车装备技术的重要成果。敞车的疲劳寿命分析是敞车设计过程的重要组成部分,也是新产品主要评价标准。本文针对敞车车体结构分别基于美国AAR标准预测车体疲劳寿命和基于动力学仿真及有限元混合法预测车体疲劳寿命。
　　第一,对研究对象敞车车体进行有限元建模,依据《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》对车体模型进行各工况下的强度校核,结果表明车体结构符合我国规范的要求。在此基础上按照AAR标准对敞车车体进行四种载荷工况下的有限元分析,获得车体危险部位的应力值;
　　第二,把美国AAR标准的90t漏斗车的载荷谱换算为我国80t新型运煤敞车的应力谱,按照名义应力法,计算敞车四种工况(心盘载荷、纵向载荷、扭转载荷和侧滚载荷)的疲劳损伤及其危险部位的合成累积损伤;
　　第三,基于多体动力学理论在软件SIMPACK中建立敞车的多体动力学模型,并详细地论述车体柔性化的过程。以美国五级轨道谱为激励,在典型工况下分析敞车动力学模型的运行品质;
　　第四,通过对敞车刚柔耦合动力学模型在样本线路上的仿真,获得车体结构的载荷时间历程,同时利用有限元分析软件ANSYS获得对应的准静态应力影响因子。依据准静态分析法,在疲劳分析软件MSC.Fatigue中得到车体结构的应力时间历程,再结合车体结构材料的疲劳特性曲线,进而得到车体结构的全寿命云图。
　　通过对AAR标准和多体动力学仿真两种路径获得的车体疲劳寿命分析,结果表明两种路径得到的车体结构的疲劳薄弱位置吻合,最短疲劳寿命相差35％。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 C80B不锈钢运煤敞车简介

1.3国内外研究现状

1.4 课题研究的主要内容

第2章 结构疲劳寿命计算方法

2.1 疲劳寿命基本理论

2.2 名义应力法

2.3 车体结构疲劳寿命计算方法

2.4 本章小结

第3章 车体结构的建模及有限元分析

3.1 车体结构和性能参数

3.2 车体结构有限元建模

3.3 车体结构有限元分析

3.4 AAR标准载荷工况计算

3.5 车体结构的模态分析

3.6 本章小结

第4章 敞车多体动力学建模和仿真

4.1 整车多体动力学建模基本理论

4.2 敞车系统的多刚体动力学建模

4.3 敞车刚柔耦合多体系统动力学建模

4.4 轨道激励

4.5 敞车仿真模型的运行品质

4.6 敞车动力学仿真

4.7 本章小结

第5章 车体结构的疲劳寿命

5.1 基于AAR标准的车体疲劳寿命

5.2 基于动力学仿真的车体疲劳寿命

5.3 车体结构疲劳寿命结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录A

附录B