机车车轮多轴疲劳强度分析

摘要

轮对是机车车辆走行部的重要部件之一，在机车车辆运行过程中，车轮不仅要承受巨大的机械载荷，在采用踏面制动等制动方式的情况下，还要承受制动产生的热载荷，负载十分复杂，工作环境较为恶劣。为保证车辆安全运行，有必要对车轮疲劳强度进行深入研究。　　由于车轮辐板孔区域受力复杂，本论文参考Sines准则、Crossland准则、DangVan准则三种多轴疲劳准则对车轮疲劳强度进行计算，研究各准则的计算特点。同时，本文还通过对机械载荷与热机耦合载荷作用下的车轮进行强度对比分析，研究了热载荷对车轮强度的影响因素。　　论文研究得到的主要结论结论如下:　　通过热力学研究表明，车轮在制动过程中踏面温度及热应力先急剧上升后缓慢下降;热量主要集聚在踏面与闸瓦的接触面，轮辋部分由于热传递的作用温度及热应力上升，辐板与轮芯温度及热应力没有显著变化;制动发生后第20s，车轮产生最高温度，且所受等效热应力最大。　　通过静强度分析对比研究表明，车轮的辐板孔、轮心与轴配合区、辐板与轮毂的过渡区是较为危险的区域，在曲线运行工况下出现最大Von mises等效应力值，说明车辆在通过曲线路线时最危险，道岔运行工况次之。在热机耦合作用下，车轮辐板上多点主应力值出现负值，即产生较大压应力。　　通过疲劳强度分析对比研究表明，选用Sines准则评定车轮得到的安全系数最小，选用Dangvan准则计算的安全系数最大。因此在对带有辐板孔的车轮进行多轴疲劳强度分析时，采用Sines准则计算偏于安全。因Sines准则关注的是各节点静水应力的平均值，所以其算得的各关键节点安全系数值普遍较小，可能会使得计算结果过于保守，造成过估结果。因受制动热应力的影响，在进行多轴疲劳评判时，车轮上各点的等效应力值略有增大，但幅度很小，在工程应用中，为简便计算可以不考虑热应力对车轮疲劳强度造成的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要工作

1．4 本章小结

第2章 多轴疲劳准则

2．1 金属疲劳概述

2．1．1 疲劳发展史简述

2．1．2 疲劳破坏与静力破坏的区别

2．1．3 疲劳的分类

2．2 多轴疲劳准则

2．2．1 多轴疲劳准则概述

2．2．2 多轴疲劳准则发展回顾

2．3 现有车轮强度评价标准

2．4 本文所用疲劳评判准则

2．4．1 Sines准则

2．4．2 Crossland准则

2．4．3 Dang Van准则

2．4．4 UIC510-5中疲劳评判标准

2．5 算法流程

2．6 本章小结

第3章 车轮有限元模型

3．1 模型简述

3．2 基本参数

3．3 有限元模型

3．4 计算载荷工况

3．5 本章小结

第4章 热机耦合分析车轮强度

4．1 热力学理论

4．1．1 热传导理论

4．1．2 温度场有限元理论

4．1．3 热应力场有限元理论

4．2 车轮仿真参数

4．3 温度场分析

4．3．1 热载荷的确定

4．3．2 温度场仿真计算结果

4．4 车轮热应力分析

4．5 热机耦合加载工况

4．6 本章小结

第5章 静强度及应力分布分析

5．1 静强度分析

5．2 应力分布特点

5．3 本章小结

第6章 疲劳强度分析

6．1 辐板截面疲劳强度分析

6．2 辐板孔多轴疲劳强度分析

6．3 机械载荷与热机耦合综合作用对比

6．4 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文