20000吨编组C80B敞车关键部位疲劳分析

摘要

铁路货车密度、载重、速度是提高铁路运输能力的三大要素。目前,大同、秦皇岛运煤专线在已开行2万吨重载列车的基础上即将开行3万吨重载列车。提速、重载以来,C80B等主要货车车体结构先后出现了疲劳裂损,如端墙、心盘梁、侧柱部位的裂纹等,对运输安全有较大的影响,因此在设计阶段考虑疲劳问题能够提高我国货车装备设计技术。
　　 我国货车现行结构强度设计规范和试验标准尚不完善,特别是缺少符合我国实际运用条件的疲劳强度设计规范和试验标准。因此更新我国货车结构的强度设计规范和试验标准,已成为一项非常紧迫的工作,对提升我国货车车体结构的设计水平有重大意义。
　　 本论文以C80B型敞车车体的端墙为研究对象,在20000吨重载列车动应力测试的基础上,对端墙上测点的载荷-时间历程数据进行处理、雨流法计数,分别按照矩形分布和三角形分布,编制了端墙载荷谱;运用Solidworks三维软件建立了C80B车体的实体模型,并运用ANSYS有限元分析软件进行了心盘载荷、纵向载荷和端墙冲击三种载荷工况的应力计算,找到端墙上大应力发生部位;然后分别依据AAR标准和BS EN1993-1-9标准中疲劳损伤的计算方法,采用大秦线2万吨重载列车动应力测试实测的心盘载荷谱、纵向载荷谱和本文编制的端墙载荷谱,进行上述部位的疲劳损伤计算,进而得到它们的累积损伤;最后进行端墙各部位的损伤统计,分别按照AAR标准和BS EN1993-1-9标准估算端墙各部位的疲劳寿命。通过计算分析后发现,端墙支撑梁与中梁的横向和纵向焊缝交汇点的合成损伤最大,约为1.58e-02,其重车寿命为4万公里。其次是端墙支撑梁与中梁横向焊缝,合成损伤约为2.13e-03,疲劳寿命为29万公里。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的主要研究内容

2 端墙压力的测试

2.1 端墙压力的测试

2.1.1 试验概况

2.1.2 端墙压力测试方法

2.2 数据处理

2.2.1 端墙静压力的确定

2.2.2 端墙静压力的修正

2.2.3 数据处理的方法

2.3 小结

3 20000吨重载列车端墙载荷谱的编制

3.1 载荷谱的编制方法

3.1.1 雨流计数法

3.1.2 波动中心法

3.2 AAR载荷谱简介[6]

3.3 端墙载荷谱的编制

3.3.1 按矩形分布编谱

3.3.2 按三角形分布编谱

3.3.3 端墙载荷谱的验证

3.3 小结

4 C80B车体的有限元计算

4.1 车体受力分析

4.2 C80B敝车车体的结构参数[12]

4.3 车体有限元模型的建立

4.4 车体有限元计算

4.4.1 心盘载荷计算

4.4.2 纵向载荷计算

4.4.3 端墙冲击计算

4.5 小结

5 C80B端墙部位的疲劳寿命计算及疲劳成因分析

5.1 疲劳寿命评估方法

5.1.1 S-N曲线

5.1.2 Miner线性累积损伤理论

5.1.3 AAR标准下的疲劳寿命计算方法

5.1.4 BS EN标准下的疲劳寿命计算方法

5.1.5 本文采用的疲劳寿命计算方法

5.2 端墙的损伤计算

5.2.1 心盘载荷谱损伤计算

5.2.2 纵向载荷谱损伤计算

5.2.3 端墙载荷谱损伤计算

5.2.4 端墙损伤统计

5.2.5 端墙部位疲劳寿命

5.3 端墙的疲劳成因分析

5.4 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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