转K6型转向架侧架疲劳可靠性研究

摘要

随着我国国民经济的飞速发展，铁路货运需求量加大，对货车结构的要求也日益严格。而目前我国铁路货车广泛使用的是三大件式转向架，侧架作为转向架的主要部件之一，其疲劳损伤问题已经成为了制约货车转向架技术提升的主要因素。如果在运行中侧架出现疲劳断裂，将严重威胁列车的行车安全，后果不堪设想，因此，对侧架疲劳问题的研究就成为了重中之重。然而目前，对侧架疲劳问题的研究主要是通过模拟加载台架试验，缺乏实测的线路载荷数据，这必然导致分析结果偏离我国铁路货车线路运行的实际情况。本文基于铁道部科技开发项目之C70型通用敞车载荷谱测试试验，根据线路实测得到转K6型转向架侧架的载荷-时间历程数据，进而编制出适用于我国货运实况的载荷谱。在实测载荷谱的基础上，结合有限元分析，对转K6型转向架侧架进行了疲劳可靠性评估。
　　具体研究内容主要包括以下几个方面:
　　(1)线路实测。对铁路货车载荷谱测试方法进行了研究，提出了一套测力车钩、测力心盘、测力旁承、应变片与加速度感器在C70型敞车上的安装方案，并使其能够适应通用线路苛刻的测试环境，完成远距离长时间的数据采集任务;
　　(2)载荷谱编制。本文选取了北京—哈尔滨和北京—成都的测试数据，通过对承载鞍数据的处理和分析编制了一维谱和二维谱，为完成转向架侧架的疲劳寿命评估提供了重要数据;
　　(3)侧架有限元分析。建立了转K6型转向架侧架的有限元模型，对侧架在垂向载荷、横向载荷及横向力偶三种工况下进行了有限元计算，得到侧架的几个大应力区，并将上述部位作为疲劳可靠性评估的关注点，计算了这些关注点的载荷-应力传递系数;
　　(4)侧架疲劳可靠性分析。本文根据AAR标准相关规定，运用各工况的载荷谱数据计算出了侧架疲劳关注点的疲劳损伤值，并对计算结果进行了分析，最后完成了侧架的疲劳寿命评估。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和选题依据

1．2 国内外研究现状

1．3 转K6型转向架

1．4 本论文主要研究内容

1．5 本章小结

2 载荷谱测试试验

2．1 测试线路的制定

2．2 试验设备的安装与调试

2．2．1 载荷传感器的安装

2．2．2 加速度传感器的安装

2．2．3 测点的布置

2．2．4 测试电缆走线

2．3 数据处理

2．3．1 数据处理方法研究

2．3．2 数据处理结果分析

2．4 本章小结

3 载荷谱的编制

3．1 概述

3．1．1 载荷谱

3．1．2 雨流计数法

3．2 一维谱的编制

3．3 二维谱的编制

3．4 Fmax-Fmin频次谱的编制

3．5 本章小结

4 转K6型转向架侧架有限元计算

4．1 转K6型转向架侧架材料及参数

4．2 有限元法分析

4．2．1 有限元法概述

4．2．2 Ansys介绍

4．2．3 有限元法分析过程

4．3 有限元建模

4．3．1 网格划分

4．3．2 约束设置

4．4 有限元计算结果

4．4．1 垂向载荷作用下

4．4．2 横向载荷作用下

4．4．3 水平力偶作用下

4．4．4 计算结果汇总

4．5 本章小结

5 转K6型转向架侧架疲劳寿命分析

5．1 疲劳累积损伤理论

5．1．1 线性累积损伤理论

5．1．2 双线性累积损伤理论

5．1．3 非线性累积损伤理论

5．1．4 其他损伤累积理论

5．2 名义应力法

5．3 材料S-N曲线

5．4 影响疲劳强度的因素

5．5 AAR标准下侧架疲劳寿命估算

5．5．1 基于实测载荷谱侧架损伤计算

5．5．2 两种估算方法的对比分析

5．6 本章小结

6 总结与展望

参考文献

作者简历

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