铁路货车L-B型制动梁疲劳寿命分析

摘要

随着我国货运列车朝着重载和高速的方向发展，对列车制动性能的要求也越来越高，而制动梁作为铁路货车主要的制动部件，在列车制动过程中起着不可或缺的作用，是保障列车行车安全的关键之一。根据现场调研统计，疲劳失效是铁路货车制动梁的主要故障形式，因此对制动梁的疲劳寿命进行研究分析并掌握其使用寿命规律具有十分重要的工程意义。本文以当前我国铁路货车的主型制动梁——L-B型制动梁为研究对象，通过有限元仿真和线路振动测试，并结合制动力工况和振动工况对其疲劳寿命进行全面地预测分析。　　首先，建立制动梁的有限元分析模型，按照制动梁静载试验标准中规定的几种静载试验载荷对制动梁的有限元模型进行加载计算，将得到的计算结果同有关文献中的静载试验结果进行对比，验证了仿真模型的准确性。在此基础上，进一步根据制动梁的实际受力状态对其进行仿真分析，确定其各部分的应力分布状态。分析结果表明，制动梁整体的静强度满足使用要求，应力相对较大的位置出现在闸瓦托滑块根部和梁架切口圆弧处，这两个部位为制动梁较为薄弱的位置，实际调研发现也正是这两个部位存在裂纹情况，进一步验证了模型的合理性。随后，对制动梁进行模态分析，确定了制动梁的前六阶固有振动频率和振型，为其振动疲劳分析奠定基础。　　其次，对制动梁开展线路振动测试，测量制动梁薄弱位置处的动应力以及制动梁结构的三向振动加速度。线路测试的主要目的是为了分析振动对制动梁疲劳寿命的影响，因此选取的测试列车编组为振动环境更为恶劣的空车编组，测试全程中整个列车只依靠前端机车进行制动，货车制动梁并不产生制动推力，因此制动梁只受到振动冲击的影响。将线路测试所得到的数据进行相应处理，得到可用于后续分析的应力时间历程、加速度时间历程信号数据。　　然后，对制动梁各部分结构的S-N曲线进行推导，首先从各结构所用材料的S-N曲线出发，根据不同部位的结构特点，结合影响疲劳强度的因素进行修正，得到各个结构的S-N曲线，为制动梁的疲劳分析奠定基础。　　最后，结合制动力工况和振动工况对制动梁的疲劳寿命进行分析，分析结果表明，在所测试的线路条件下，制动梁在正常使用过程中并不会产生共振效应，振动对其疲劳损伤影响相比于制动力而言可忽略不计。因此，在对其疲劳寿命进行计算时，主要以制动力工况为主，最终分析得出制动梁闸瓦托和梁架的使用寿命至少有19年，而支柱和夹扣的使用寿命则更长，接近无限寿命。后续对于制动梁各零部件可以依据其使用寿命进行分类检修。　　上述结果可为制动梁检修规程的制定和安全限值的评估提供参考。

目录

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目 录

第1 章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 铁路货车制动梁的主要结构

1.2.2 铁路货车制动梁的检修

1.2.3 铁路货车制动梁的疲劳研究

1.3 本文主要研究内容及技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 技术路线

第2 章 L-B 型制动梁有限元模型验证与分析

2.1 L-B型制动梁结构简介

2.2 L-B型制动梁有限元模型验证

2.2.1 L-B型制动梁静载试验标准

2.2.2 L-B型制动梁静载仿真分析

2.3 L-B型制动梁的静强度分析

2.3.1 L-B型制动梁受力分析

2.3.2 L-B型制动梁静强度计算结果分析

2.4 L-B型制动梁模态分析

2.5 本章小结

第3 章 L-B 型制动梁线路振动测试

3.1 测试目的

3.2 测试线路和列车编组概况

3.3 测试方法和测点布置

3.4 测试数据分析方法

3.5 测试数据结果

3.6 本章小结

第4 章 L-B 型制动梁结构的S-N 曲线

4.1 材料的S-N曲线

4.1.1 S-N曲线基本定义

4.1.2 S-N曲线的数学表达式

4.2 影响材料疲劳强度的因素

1. 应力集中

2. 尺寸效应

3. 表面状态

4. 载荷类型

5. 温度和环境的影响

6. 平均应力的影响

4.3 制动梁的S-N 曲线推导

4.3.1 梁架的S-N曲线

4.3.2 夹扣和支柱的S-N曲线

4.3.3 闸瓦托的S-N曲线

4.4 本章小结

第5 章 L-B 型制动梁疲劳寿命分析

5.1 疲劳寿命评估概述

5.1.1 常用的疲劳分析方法

5.1.2 疲劳累积损伤理论

5.1.3 本文采用的疲劳分析方法

5.2 制动工况下的疲劳损伤计算

5.2.1 制动工况疲劳载荷谱

5.2.2 制动工况疲劳损伤计算

5.3 振动工况下的疲劳损伤计算

5.3.1 实测数据的疲劳损伤计算

5.3.2 振动工况仿真计算

5.3.3 结构耦合振动分析

5.4 综合疲劳寿命分析

5.5 本章小结

结论与展望

1.结论

2.展望

致 谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及参加的科研项目

1. 发表论文

2. 参加的科研项目

学位论文数据集