基于动力学和结构强度分析的关节连接器载荷识别研究

摘要

随着中国铁路货运的发展，中国越来越需要运输效率高、速度快和可靠性高的运输方式。由于关节式车辆具有节省所用转向架数量、充分利用轴重及缩短车辆之间的连接距离等优点，关节车已经在中国逐渐的发展起来。
　　作为亚洲最大的铁路货车制造企业——中车齐齐哈尔车辆有限公司从2005年就已经开始设计生产关节车并出口至澳大利亚。2016年3月，中车齐齐哈尔车辆有限公司又设计了GJ1型关节连接器，该关节连接器可以用于铁路关节式平车、关节式小汽车运输车、驮背运输车等关节式货车上，由于该关节连接器结构特殊且受力情况复杂，需要研究其载荷识别方法并分析其在运用过程中的载荷情况，这不但有助于GJ1型关节连接器设计的改进，还为将来关节式车辆的发展奠定了坚实的基础。
　　本文研究关节连接器的载荷识别方法主要是基于动力学分析和结构强度分析来研究的。论文通过建立二联式关节车动力学模型主要分析了关节连接器的相互运动关系及某些工况下的载荷情况，同时通过对关节连接器零件之间定义接触建立了有限元模型并分析了关节连接器的结构强度，根据动力学仿真结果及有限元计算结果提出了关节连接器纵向、横向和垂向载荷的载荷识别方案。
　　本文对二联式关节车及关节连接器的动力学性能进行了分析，分析结果表明车辆的各项动力学性能均满足GB5599-85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》及关节连接器设计规范等要求。同时，通过分析各种运行条件下GJ1型关节连接器的载荷变化情况可以为下一步的线路测试试验提供一定的理论参考。
　　本文参照TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》以及厂家给出的考核标准，利用有限元软件ANSYS对关节连接器进行了静强度分析，分析结果表明，GJ1型关节连接器主要受力零件凹、凸关节静强度满足上述标准要求。本文参照美国AAR标准对关节连接器进行了疲劳强度分析，分析结果表明GJ1型关节连接器疲劳强度满足500万公里的运行要求。
　　基于上述分析结果及有限元计算结果提出了GJ1型关节连接器纵向、横向和垂向三种载荷的载荷识别方案并说明了贴片位置和组桥方法。同时，通过分析每种载荷在各载荷识别点的响应及耦合度分析验证了各载荷识别方案可以比较准确的识别出对应载荷。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 选题背景与意义

1．2 国内外的发展及研究现状

1．2．1 关节车在国外的发展现状

1．2．2 关节车在国内的发展现状

1．2．3 关节车及关节连接器在国内外的研究现状

1．3 论文的主要研究内容

2 关节连接器结构及有限元模型

2．1 关节连接器结构

2．1．1 凸关节

2．1．2 凹关节

2．2 关节连接器有限元模型

2．2．1 有限元接触理论简介

2．2．2 零件的有限元模型

2．2．3 关节连接器整体有限元模型

2．3 本章小结

3 动力学分析及基于动力学仿真的关节连接器载荷分析

3．1 二联式关节车动力学模型

3．1．1 二联式关节车结构特点

3．1．2 二联式关节车动力学模型

3．2 关节车及关节连接器动力学性能分析

3．2．1 车辆非线性运动稳定性

3．2．2 车辆直线运行性能

3．2．3 车辆动态曲线通过性能

3．3 关节连接器载荷分析

3．4 本章小结

4 关节连接器结构强度

4．1 静强度分析

4．1．1 计算分析方法

4．1．2 载荷及工况

4．1．3 载荷及约束位置

4．1．4 计算结果分析

4．2 疲劳强度分析

4．2．1 AAR疲劳寿命计算方法

4．2．2 关节连接器疲劳强度分析

4．3 本章小结

5 关节连接器载荷识别

5．1 关节连接器载荷分析

5．1．1 纵向载荷

5．1．2 横向载荷

5．1．3 垂向载荷

5．2 载荷识别方案

5．2．1 纵向载荷识别方案

5．2．2 垂向载荷识别方案

5．2．3 横向载荷识别方案

5．3 载荷识别点耦合度分析

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集