新一代高速列车转向架构架强度分析与试验验证

摘要

随着我国中长期铁路网规划的推进实施，我国高速列车的自主研究水平不断提高，列车的结构强度问题不容忽视。本文以CRH380A型动车组动车转向架构架为研究对象，分别进行有限元仿真、台架试验和线路试验。
　　本论文分别用六面体单元、四面体单元和壳单元三种类型的单元对构架划分网格，在ANSYS软件中按照JIS E4207标准进行构架的有限元计算，评价了构架的静强度和疲劳强度，并为试验中关键点的选取提供了理论依据。同时，分析了不同单元类型对有限元计算结果的影响以及各单元类型的优缺点。
　　比较了有限元分析中几种常用应力，确定采用最大主应力与台架试验应力比较，通过三种单元类型有限元计算应力与台架试验值的对比，分析了不同有限元建模方法的准确性以及结果差异产生的原因，进而确定适合于转向架构架的建模方案。
　　处理了线路试验中构架动应力数据，编制了关键点的应力谱、计算了对应点的等效应力及疲劳损伤和寿命，判断满足安全运行20年的使用要求，通过线路试验结果验证了有限元计算和台架试验结果的正确性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文的主要内容

2 结构疲劳强度相关理论

2．1 有限元法

2．2 单元类型介绍

2．2．1 Solid45单元

2．2．2 Solid92单元

2．2．3 Shell63单元

2．2．4 单元类型的选择

2．3 疲劳特性研究

2．3．1 名义应力法

2．3．2 材料S-N曲线

2．3．3 平均应力的影响

2．4 本章小结

3 动车转向架构架有限元计算及强度评价

3．1 转向架构架结构简述

3．2 六面体网格有限元计算

3．2．1 几何模型

3．2．2 有限元模型

3．2．3 约束条件

3．2．4 计算载荷及工况

3．2．5 应力合成方法

3．2．6 计算结果

3．2．7 强度评价

3．3 四面体网格有限元计算

3．3．1 几何模型及有限元模型

3．3．2 约束及载荷工况

3．3．3 计算结果

3．3．4 强度评价

3．4 壳单元网格有限元计算

3．4．1 几何模型及有限元模型

3．4．2 约束及载荷工况

3．4．3 计算结果

3．4．4 强度评价

3．5 三种计算结果分析

3．5．1 关键点安全系数比较

3．5．2 计算规模比较

3．6．本章小结

4 动车转向架构架台架强度试验

4．1 构架台架试验

4．1．1 试验概述

4．1．2 试验条件

4．1．3 试验内容

4．1．4 试验结果评定

4．2 应力分析

4．2．1 单轴应力与多轴应力

4．2．2 应力状态分析

4．2．3 裂纹受载形式

4．3 台架试验结果与计算结果比较

4．3．1 确定计算应力

4．3．2 计算值与试验值比较

4．4 本章小结

5 动车转向架构架线路试验

5．1 线路动应力试验

5．1．1 试验线路及工况

5．1．2 试验仪器设备

5．1．3 测点及应变片布置

5．2 数据处理及分析

5．2．1 数据处理过程

5．2．2 测试结果

5．3 疲劳强度评估

5．3．1 应力谱编制

5．3．2 疲劳损伤及寿命

5．3．3 等效应力幅

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录A 有限元计算危险点位置

作者简历

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