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货运电力机车车钩数值模拟及应用研究

作　者: 李拥军
导　师: 陈芳祖；吴涛
学　校: 湖南大学
专　业: 机械工程
关键词: 货运电力机车车钩数值模拟应用研究
分类号: U260.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 46次
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内容摘要

本文在广泛汲取国内外机械结构应用问题的研究成果基础上,针对某电力机车车钩结构的运用问题的现场工艺实践研究进行了大量的工作。此项研究的主要目的在于探索机车车钩结构设计运用的解决方法,同时对高速重载机车车钩的选型作出了合理的分析。建立了机车车钩结构力学模型,并进行了静强度分析,比较了现在正在运用中的各型车钩力学性能差别;分析并找出车钩运用结构的危险和薄弱环节,并提出了具体的改进建议。通过对某型电力机车车钩的有限元弹塑性分析,得到了钩耳及钩舌在极限载荷工况下的应力和应变,并与国内某条最繁忙的运输线上进行验证。基于近代结构疲劳强度理论,将局部应力—应变法应用于车钩裂纹形成寿命的估算,用断裂力学理论估算了裂纹的扩展寿命,并在实际运用中进行验证。运用四阶龙格—库塔法求解非线性的方程组来仿真计算车钩力大小及作用位置,分别计算了在各种不同列车载荷下的最大车钩力,得出了车钩选型的参数值。通过建立机车车钩结构力学模型及静强度分析、车钩的有限元弹塑性分析、结构疲劳强度寿命分析等,基本解决了机车车钩关键部位结构设计的难点。通过与运用现场的调研对比分析,说明该计算具有一定的可信度,这不仅可以为车钩的结构设计提供理论依据,而且对于机车车钩的结构寿命预测分析产生了一定的影响,对车钩运用研究起到了指导作用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
插图索引  9-10
附表索引  10-11
第1章绪论  11-18
  1.1 概述  11
  1.2 国内车钩作用及结构  11-12
  1.3 国外货运电力机车车钩结构  12-14
  1.4 国内外机车承载结构设计发展现状  14
  1.5 车钩发展及其标准简况对比分析  14-16
  1.6 本论文主要内容及目的  16-18
第2章机车车钩力的数值模拟及试验  18-26
  2.1 概述  18-21
  2.2 车钩力仿真计算工况及结果  21-23
  2.3 线路模拟计算及试验  23-25
  2.4 小结  25-26
第3章车钩材质力学性能及强度条件  26-32
  3.1 概述  26
  3.2 普碳钢13 号车钩力学性能  26-28
    3.2.1 普碳钢13 号车钩强度分析  27-28
  3.3 参照AAR C 级钢生产的C 级钢13 号车钩力学性能  28-30
    3.3.1 C 级钢13 号车钩强度分析  29-30
  3.4 参照AAR E 级钢研制的13 号E 级钢车钩力学性能  30-31
    3.4.1 E 级钢车钩强度现状分析  31
  3.5 小结  31-32
第4章车钩关键部位有限元仿真分析  32-42
  4.1 概述  32
  4.2 有限元法步骤  32-34
    4.2.1 结构的离散化  33
    4.2.2 选择位移模式  33
    4.2.3 分析单元的力学特性  33-34
    4.2.4 建立整个结构的平衡方程  34
    4.2.5 求解未知的结点位移和计算单元应力  34
    4.2.6 整理得出结果  34
  4.3 车钩的运动链受力分析  34-37
    4.3.1 13 号车钩设计尺寸链  35
    4.3.2 13 号新造车钩作用力传递  35-36
    4.3.3 13 号检修车钩作用力传递  36-37
  4.4 钩耳、钩舌有限元仿真模型分析  37-41
    4.4.1 钩耳裂纹有限元分析  37-39
    4.4.2 钩舌的有限元分析  39-41
  4.5 小结  41-42
第5章车钩的总寿命估算  42-52
  5.1 概述  42-43
  5.2 估算13 号车钩的疲劳裂纹形成寿命  43-48
    5.2.1 局部应力一应变法的基本原理和步骤  43
    5.2.2 钩体、钩舌裂纹形成寿命分析步骤  43-47
    5.2.3 裂纹形成寿命计算结果  47-48
  5.3 用断裂力学方法估算车钩裂纹的扩展寿命  48-50
    5.3.1 基本原理  48-49
    5.3.2 钩体、钩舌裂纹扩展寿命的估算步骤  49-50
    5.3.3 裂纹扩展寿命计算结果  50
  5.4 车钩总寿命计算结果  50
  5.5 计算结果与现场应用比较  50-51
  5.6 小结  51-52
第6章车钩应用实例研究  52-60
  6.1 SS4 改、DJ1 机车用13 号车钩  52-55
  6.2 8K 机车用美国E 型车钩及缓冲器  55-57
  6.3 2 万吨重载货运机车钩缓装置应用技术参数探讨  57-59
  6.4 小结  59-60
结论与展望  60-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
附录A  67-68
附录B  68-74

货运电力机车车钩数值模拟及应用研究

内容摘要

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