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高速客车转向架构架载荷特性及结构振动研究

作　者: 王帆
导　师: 任尊松
学　校: 北京交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 构架动态载荷振动数值计算
分类号: U272.331
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 420次
引　用: 4次
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内容摘要

随着机车车辆运行速度提高,作用于机车车辆与轨道结构之间的动态作用力增大,使得车辆各部件之间振动加剧。这些载荷作用在转向架上,严重影响着转向架的结构强度和使用寿命,机车车辆关键部件的疲劳损伤问题日益突出。本文旨在探索以数值计算的方法,建立高速客车转向架构架关键部位使用寿命与载荷谱(作用力)之间的关系。车辆系统动力学多以多刚体为研究对象,而随着动力系统高速度、高精度、高稳定性要求的不断提高,构架弹性变形及结构振动就不可忽略。因此,考虑构架弹性,研究转向架构架所受动载荷及其相应的动应力状态,对于构架结构设计及确保高速列车行车安全十分重要。通过数值计算,获得车辆运行中构架所受动态载荷及对应的动应力。为使计算载荷具有代表性,计算了多种不同影响因素下的车辆运行工况,分析这些因素对构架动态应力的影响特性。根据动应力和动态载荷值,获得了具有普遍意义的构架应力谱和载荷谱。由构架应力谱推算出其关键部位的使用寿命,按照等寿命原则,推导出构架使用寿命与其所受载荷的对应关系,从而为构架疲劳试验载荷加载提供依据。本文的研究方法是通过有限元软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK的有效结合,完成了刚体-柔体的耦合,获得了随机激扰下转向架构架的动态特性及受载状态;根据对车辆多种影响因素条件下运行工况的计算,分析了不同典型因素对构架动应力的影响;将各种计算工况合理扩展,形成了具有普遍意义的构架应力谱和载荷谱,建立了载荷与构架使用寿命之间的关系,确定出典型的线路计算工况。通过综合有限元分析、动力学仿真、疲劳分析,研究构架使用寿命与作用力之间的关系,本文在构架疲劳试验载荷加载研究方面具有良好的指导意义。

全文目录

中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-15
  1.1 研究意义  10-11
  1.2 研究现状  11-14
    1.2.1 疲劳试验规范  11-12
    1.2.2 车辆系统动力学  12-13
    1.2.3 存在的问题  13-14
  1.3 论文主要研究工作  14-15
2 CW-200 型转向架构架柔性体模型的建立  15-24
  2.1 CW-200 型构架有限元建模与离散  15-23
    2.1.1 构架有限元模型的建立  17
    2.1.2 CW-200 型构架子结构分析  17-23
  本章小结  23-24
3 动力学系统模型的建立  24-34
  3.1 多体动力学基本原理  24-26
  3.2 多体系统动力学中弹性处理  26-28
  3.3 SIMPACK 环境下车辆动力学仿真  28-31
  3.4 轨道模型  31-33
    3.4.1 轨道不平顺形式  31-32
    3.4.2 轨道不平顺描述方式  32-33
  本章小结  33-34
4 构架结构振动特性分析  34-42
  4.1 准高速运行的车辆振动特性  34-37
  4.2 高速运行的车辆振动特性  37-39
  4.3 采样频率对仿真结果的影响  39-41
  本章小结  41-42
5 考虑轨道弹性的分析  42-48
  5.1 轨道弹性模型的建立  42-43
  5.2 弹性轨道车辆动力学模型与传统模型的比较分析  43-47
  本章小结  47-48
6 动应力仿真分析  48-55
  6.1 运行工况设置  48-49
  6.2 构架动应力影响因素分析  49-54
    6.2.1 不同速度下直线运行影响特性  50-51
    6.2.2 曲线半径影响特性  51
    6.2.3 通过道岔影响特性  51-53
    6.2.4 轨道状态影响特性  53-54
  本章小结  54-55
7 构架使用寿命评估与载荷统计  55-63
  7.1 工况设置  55
  7.2 应力谱编制  55-57
  7.3 等效应力幅计算  57-58
  7.4 与线路试验所测结果的比较  58-59
  7.5 载荷统计  59-62
  本章小结  62-63
结论与展望  63-66
参考文献  66-67

高速客车转向架构架载荷特性及结构振动研究

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