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时域内位移激励下的构架疲劳寿命分析

徐步震  
【摘要】:转向架构架是机车车辆关键部件,现有的构架疲劳分析方法很多,但目前的分析仍不能够解决实际运行中可能产生的裂纹萌生。本文通过整车有限元模型,采用在轮轨接触处施加位移不平顺方法对构架的疲劳寿命进行分析,具有极其重要的理论意义和广泛的工程应用价值。本文首先在对比轨道不平顺功率谱密度函数到时域内轨道不平顺的模拟方法的基础上,分析离散逆傅里叶变换法关键参数对模拟结果的影响,并结合本文研究对象,选取合理的参数实现中国七参数轨道谱中垂向不平顺的时域历程模拟。以悬臂梁模型为例,通过计算其在给定载荷一时间历程下的寿命,对比分析了隐式算法、显式算法及准静态叠加法在动态响应应力计算范畴的适用性,结果表明显式动力学计算方法优于其他两种方法。综合考虑车体、轮对、轴箱转臂系统、一/二系簧及垂向减振器和二系横向减振器,建立了简化的整车模型。在模拟得到的七参数轨道垂向不平顺谱的基础上,按空间关系分别确定了八个车轮滚动圆位置的轨道不平顺激励(即位移激励)。将位移激励施加在简化的整车模型上,通过Ansys LS-dyna和Ansys Transient对构架进行动应力计算,表明二者计算获得的应力幅值与均值具有良好的一致性,而显示算法计算效率更高。论文实现了在时域内基于轨道位移激励的构架动应力计算,拓宽了疲劳动应力的计算途径。为考察不同的焊接接头标准和损伤累积理论对本文提出的时域内位移激励下的构架疲劳寿命显式算法计算结果的影响,分别基于BS标准和11w标准,采用Miner、Morrow和DSM三种损伤累积理论获得的构架疲劳寿命。其中,将Morrow与DSM损伤累积方法的引入,拓展了构架疲劳寿命计算中损伤累积模型的选择范围。结果表明,焊缝标准和损伤累积模型选择的不同,对构架疲劳寿命结果影响很大,工程应用中应当充分考虑选择的合理性。本文的研究为构架的疲劳寿命计算提供了一种新的思路,相关方法和结论可为进一步深入系统的研究提供有益参考。


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