神华C80万吨列车摇枕和侧架载荷谱研究

摘要

机械结构所受载荷状态对它的损伤和寿命有着直接的影响，载荷谱是建立结构可靠性实验评定标准和设计规范的基础。神华的铁路线在近期暴露出很多问题，神华的货车零部件裂纹损伤率比大铁路高。货车转向架为主要承载部件，其中，摇枕和侧架在运行中承受并传递着各种垂向、横向和纵向交变载荷，是转向架零部件中对疲劳可靠性要求较高的重要部件。同时，车辆运用中出现的偏载、轮对多边形化以及车辆超载都会使转向架的承载发生很大的变化，这会加剧疲劳裂纹的扩展，从而产生疲劳破坏。研究转向架摇枕和侧架的疲劳可靠性以及建立转向架的摇枕和侧架的载荷谱具有重要的意义。
　　本文是在大量实验数据的基础上，进行转向架载荷谱的编制及校准。首先对测试的转向架摇枕和侧架进行有限元分析，找出疲劳薄弱部位，并且分析对各疲劳薄弱部位影响较大的载荷系，得到主要载荷系的载荷-应力传递系数。
　　结合实测载荷数据，分析摇枕和侧架载荷在装煤、卸煤、上下坡、过曲线以及车辆启动，制动以及加速、减速、匀速等工况下的载荷特性。结合自功率谱分析对各载荷影响的主要频率以及该频率产生原因。将心盘载荷、摇枕应力、侧架应力以及承载鞍载荷进行互功率谱分析，找出各载荷之间的传递关系以及相关性程度。
　　根据变均值法编制子样载荷普，并分析影响子样载荷普的线路原因。对应力测点的应力-时间历程进行编谱工作，并计算实测应力谱的损伤。根据有限元计算的载荷应力传递系数将实测的载荷-时间历程转化为应力-时间历程并进行编谱，根据此谱计算当量损伤。
　　分析实测应力谱和实测载荷谱的损伤，对具体应力测点，根据实测点的具体几何形状以及细部结构，对关键部位模拟实际几何形状并进行局部网格细化，计算出受几何影响的修正载荷应力传递系数。再根据损伤一致性校准的原则，对实测载荷谱进行校准。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 选题背景及意义

1．1．1 国外重载货车转向架的发展

1．1．2 国内货车转向架的发展

1．1．3 选题意义

1．2 国外载荷谱研究现状

1．3 国内载荷谱研究现状

1．4 载荷谱的研究意义

1．5 论文主要研究内容和方法

2 载荷测试基础

2．1 动载荷测试

2．1．1 测力传感器的选取

2．1．2 试验车辆、线路及编组

2．1．3 测试设备和动态数据采集

2．1．4 测试设备支架设计

2．1．5 电源的抗干扰技术

2．2 摇枕载荷识别

2．2．1 心盘载荷识别

2．2．2 旁承载荷识别

2．2．3 垂向总载荷识别

2．3 侧架载荷识别

2．3．1 摇枕传递载荷

2．3．2 承载鞍传递载荷

2．4 数据处理

2．5 本章小结

3 典型工况下的载荷分析

3．1 典型工况下的载荷时间历程

3．1．1 装煤作业工况

3．1．2 翻车机作业工况

3．1．3 上下坡工况

3．1．4 过曲线工况

3．1．5 车辆启动工况

3．1．6 车辆制动工况

3．1．7 不同工况对比

3．2 典型工况下的频谱分析

3．2．1 频谱分析的思想

3．2．2 自功率谱

3．2．3 互功率谱

3．2．4 不同速度下的频谱分析

3．3 本章小结

4 子样载荷谱的编制

4．1 编谱

4．1．1 编谱思想

4．1．2 均值法编制载荷谱

4．2 幅值载荷谱编制

4．3 幅值-均值载荷谱编制

4．4 载荷谱子样分析

4．4．1 空重车载荷谱

4．4．2 偏载因素对载荷谱的影响

4．4．3 随机因素对载荷谱的影响

4．5 本章小结

5 动应力测试及编谱

5．1 摇枕侧架的有限元分析

5．1．1 摇枕侧架的材料性能参数

5．1．2 建模过程

5．1．3 摇枕侧架的载荷工况及边界约束

5．1．4 求解结果及分析

5．2 摇枕侧架关键点的动应力测试

5．3 编制实测应力谱

5．4 本章小结

6 载荷谱损伤一致性校准

6．1 摇枕、侧架的损伤计算

6．1．1 疲劳强度影响因素

6．1．2 S-N曲线性能参数的确定

6．1．3 疲劳累积损伤准则

6．2 疲劳薄弱部位损伤计算

6．2．1 平均应力的影响

6．2．2 摇枕、侧架子样损伤计算

6．2．3 摇枕主载荷激励下的损伤分析

6．2．4 侧架主载荷激励下的损伤分析

6．2．5 不同编组下的损伤分析

6．3 结合侧架上各测点自功率谱和互功率谱分析

6．3．1 侧架支撑面凸起

6．3．2 弹簧承台弯角

6．3．3 导框拐角

6．3．4 三角孔弯角

6．3．5 侧架方形孔上角

6．4 损伤一致性校准

6．4．1 校准理论

6．4．2 校准效果比较

6．5 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

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