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动力稳定装置夹持系统疲劳寿命及可靠性研究

宿晓航  
【摘要】:动力稳定车对铁路的养护有着重要的作用,可以有效提高轨道的横向阻力和道砟的密实度。动力稳定装置是动力稳定车的关键作业部件,由于其作业时间长,所以动力稳定装置的安全性显得尤为重要。因此,对动力稳定装置进行结构疲劳寿命预测和疲劳可靠性分析具有重要意义。动力稳定装置是一个大型的非线性结构系统,对于其疲劳方面的分析颇具意义。为预测动力稳定装置的疲劳性能,给动力稳定装置疲劳寿命的预测和疲劳可靠性的分析提供理论支持,本文以动力稳定装置为研究对象,结合多体动力学理论、有限元方法、疲劳寿命分析方法和疲劳可靠性分析方法,研究动力稳定装置中的夹持系统中各部件的疲劳寿命及其疲劳可靠性,并结合部件的疲劳可靠性,利用界限法分析了动力稳定装置中夹持系统的失效概率。本文研究内容及结果如下:(1)对动力稳定装置的原理进行分析,并建立了动力稳定装置的三维模型。通过多体动力学理论建立了动力稳定装置的多体动力学模型,分析了动力稳定装置中夹持系统各部件的受力有效值,得到了动力稳定装置中夹持系统各部件的受力曲线。(2)建立了夹持系统中夹钳油缸-活塞、传动臂、夹持连杆和夹持臂-夹钳轮各部件的有限元模型,根据瞬态动力学理论,对其进行瞬态动力学仿真分析,得到各部件的应力分布情况,夹持臂-夹钳轮所受应力最大,为最薄弱部件,在循环载荷下,其所受应力较大容易发生疲劳破坏。(3)通过瞬态动力学仿真得到夹持系统中各部件的应力时间历程,结合疲劳分析理论和材料的S-N曲线,利用疲劳分析软件对其进行疲劳寿命预测,得到夹持系统中各部件的疲劳寿命分布和疲劳损伤分布,以及夹持系统中各部件的最小循环次数和对应的危险部位。(4)利用疲劳寿命的概率密度函数,得到了夹持系统中各零件的疲劳寿命可靠度模型,通过计算各部件的疲劳寿命可靠度模型得到各部件的可靠度及其变化曲线。结合应力-强度干涉理论与结构系统失效上下限理论,分析得出夹持系统中各部件间的相关系数,并得到动力稳定装置夹持系统的宽界限失效概率和Ditlevsen界限失效概率。


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