铁道车辆车轴可靠性与安全性分析系统

摘要

车轴是直接关系铁道车辆运营安全的重要部件之一。论文建立了铁道车辆车轴可靠性与安全性分析系统，实现了铁道车辆车轴疲劳断裂可靠性与安全性的自动化分析，对建立铁道车辆关键零、部件的疲劳断裂安全保障体系具有重要意义。 应力谱的计算方法是，已知轮轨接触力—时间历程、车辆及转向架基本参量，建立车轴力平衡系统，实现指定断面的应力幅—时间历程数据计算。疲劳可靠性的分析方法是，利用既得疲劳应力谱计算当量应力，判断车轴危险截面；考虑材料概率循环本构关系的随机性，结合Miner线性累积损伤准则，根据车轴的概率疲劳S-N关系，利用干涉模型可建立车轴疲劳可靠性分析方程。断裂安全性分析利用概率门槛值△Kth、概率断裂韧度KIC和概率da/dN-△K关系进行。通过对京—秦线典型载荷谱下车辆RD3A型车轴的可靠性分析，验证了系统的可用性。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1背景及意义

1.2研究现状

1.2.1疲劳可靠性分析理论研究现状

1.2.2自动化研究在可靠性分析中的应用现状

1.3本论文的主要工作

1.3.1半自动化参数绘图

1.3.2基于标准的疲劳应力谱计算

1.3.3疲劳可靠性分析

1.3.4安全性评估

1.3.5计算结果输出

第2章半自动化参数绘图

2.1开发环境与工具

2.2参数化绘图概念

2.3车轴的特征分析

2.3.1特征的概念与分类

2.3.2车轴的特征及其数据结构

2.4半自动化参数绘图模块的实现

2.4.1模块工作流程

2.4.2典型轴型参数化绘图结果

第3章基于标准的疲劳应力谱计算

3.1车轴计算模型

3.1.1簧上质量载荷

3.1.2制动载荷

3.1.3驱动载荷

3.1.4合成力矩计算

3.2应力分析

3.2.1应力计算

3.2.2应力集中系数的确定

3.3当量应力

3.3.1疲劳应力谱的均值当量应力

3.3.2任意存活率和置信度下的当量应力计算

3.4车轴疲劳应力谱计算的数据结构

3.5基于标准的疲劳应力谱计算模块实现

第4章疲劳可靠性分析

4.1概率循环本构关系

4.1.1模型

4.1.2参量确定

4.2概率疲劳S-N关系

4.2.1概率疲劳S-N关系的统一描述

4.2.2基本关系

4.2.3外推关系

4.3概率疲劳性能

4.3.1尺寸相关的疲劳极限关系

4.3.2车轴的概率疲劳影响系数

4.4疲劳可靠性分析

4.4.1给定寿命NF下结构的可靠度R

4.4.2疲劳可靠性寿命

4.5疲劳可靠性分析模块实现

4.5.1模块工作流程

4.5.2典型载荷谱下的车轴可靠性分析结果

第5章安全性评估

5.1概率da/dN-△K模型及其统一描述

5.1.1概率da/dN-△K曲线的统一描述

5.1.2概率da/dN-△K曲线的置信限估计

5.1.3概率Paris模型

5.1.4概率Elber型模型

5.1.5概率Forman模型

5.1.6新模型

5.2车轴的安全性评估

5.2.1车轴的疲劳裂纹扩展Δ KⅠ因子

5.2.2模块工作流程

5.2.3典型载荷谱下的车轴安全性评估结果

第6章计算结果输出

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文