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高速磁浮列车悬浮架疲劳试验方法研究

姚毓瑾  
【摘要】:高速磁悬浮列车对城际铁路路网系统进行有效补充的同时,也可进一步提高城市间点对点的运输需求。悬浮架作为高速磁浮列车重要组成部件之一,有必要对其结构可靠性展开深入研究。本文针对我国自主研发的某型高速磁浮列车悬浮架展开疲劳试验方法的研究,为高速磁浮列车磁悬浮机构的可靠性设计提供依据,且对开展悬浮架室内疲劳试验有一定的指导意义。本文首先对高速磁浮列车悬浮架组成结构及相应功能进行介绍,并对悬浮架承载特点进行分析,确定悬浮架有限元模型建立的难点和有限元计算的约束及加载方式。通过对比关于预紧力、螺栓和铆钉连接方式多种建模方法的优缺点,选择等效力法和耦合与约束方程法,实现对预紧力及机械连接方式的有限元建模,并基于相关建模原则建立悬浮架整体的有限元模型。其次对悬浮架承受的常见载荷类型进行详细介绍,依据已确定的14种超常载荷工况和8种运营载荷工况,依次对悬浮架进行静强度、疲劳强度校核和模态计算。依据第四强度理论对悬浮架进行静强度评估,发现最大应力均出现在车体与Z向支撑连接的摆杆处,且其他部位的最大应力值均小于各自材料的许用应力;利用多轴应力转单轴应力法,结合修正Goodman疲劳极限图对每个子结构进行疲劳强度评定,发现悬浮架上所有关键点的应力均值和应力幅值都在所属材料的修正Goodman疲劳极限内;高速磁浮车的激振频率一般都在8Hz左右,模态分析得悬浮架一阶模态为14.07Hz,大于激振频率,从而可有效避免共振现象的发生。结果表明,悬浮架的静强度、疲劳强度以及模态计算均满足设计强度。有限元计算结果为测点位置的选择提供一定参考。然后根据悬浮架加载位置和约束方式搭建悬浮架疲劳试验台,参考高速磁悬浮设计载荷条件以及相关标准确定静强度试验和疲劳强度试验载荷工况。结合有限元仿真结果及结构特点确定测点贴片位置,并基于标准制定试验结果评估方法,从而完成对悬浮架疲劳试验方法的研究。最后基于准静态应力分析法,利用疲劳寿命计算软件,将试验载荷下悬浮架关键部位的损伤与动力学仿真得到的模拟工况下的损伤进行对比。结果表明,由疲劳试验载荷得到的悬浮架大损伤位置均能覆盖动力学模拟工况加载下的大损伤部位,且两种方法算出的疲劳寿命均满足设计寿命。本文所设计的悬浮架疲劳试验方法能够有效反映悬浮架运行过程中的可靠性。图181幅,表20个,参考文献65篇。


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