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横移船架轮轨系统有限元仿真及试验分析

作　者: 陈堃
导　师: 刘正林
学　校: 武汉理工大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 横移船架轮轨接触轨缝冲击有限元分析压力试验
分类号: U671
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

横移船架是船舶下水过程中的一种重要装置,其走轮系统由走轮(平衡轮、边轮)、轮轴、轴承以及轨道等结构组成。在超低速运行过程中受力十分复杂,尤其在轨缝间冲击剧烈,容易引起瞬时超负荷,接触应力增大,导致走轮、轮轴等结构出现变形、断裂的现象。走轮系统一旦损坏将严重影响横移船架运行的安全性与平稳性。随着船舶工业的迅速发展,新建船舶的吨位和体积越来越庞大,这给船舶下水工作带来了更加严峻的考验。为了排除潜在的危险,提高船舶下水的安全性,必须研究横移船架的可靠性。本文以某横移船架轮轨系统为研究对象,开展了有限元仿真与试验分析,探讨了轮轨接触应力以及轮轴和轴承的应力、应变的变化状况,分析了行进速度、载荷等参数对走轮在轨缝处所受冲击的影响水平,进行了走轮承载能力试验,验证了理论计算和有限元分析结果。主要工作及成果如下：(1)根据经典公式,计算不同载荷下平衡轮和边轮轮轴的弯曲应力、挠度、轴承的比压值p及pv值,以及走轮与钢轨之间的接触压力。结果表明,当横移船最大载荷为400kN时,以上参数均在许用范围之内。(2)建立了走轮系统的有限元模型,对平衡轮与边轮的轮轴与轴承在不同载荷作用下的压力、变形状况以及轮轨间的接触压力情况进行了有限元仿真计算。结果表明走轮轮轴、轴承的压力和变形以及轮轨间的接触压力随外载荷的增大而线性增大。(3)利用ANSYS/LS-DYNA动态分析功能对横移船架在轨缝处的冲击状况进行仿真分析。在冲击过程中,最大von Mises等效应力、最大接触应力和等效塑性应变都随行进速度、载重的增大而增大。行进速度和载重对钢轨的影向响比较明显,而对走轮的影响相对较小。为保证走轮系统的安全性,走轮行进的最大行进速度应不大于6m/min。(4)对走轮系统进行压力承载试验。根据试验数据,分析有限元计算误差的原因,并对有限元模型进行修正。结果表明有限元计算结果与试验数据比较吻合,误差2.5%以内,走轮轮轴与滑动轴承各项指标满足设计要求,走轮与钢轨之间的接触应力在许用应力范围之内。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 研究的目的意义  9
  1.2 国内外的研究现状  9-14
    1.2.1 接触理论的发展历程  9-11
    1.2.2 有限元方法在接触问题中的应用  11-13
    1.2.3 钢轨接头在轮轨运动中的危害  13-14
    1.2.4 国内外研究的不足  14
  1.3 研究的目标、内容与方法  14-16
第2章横移船架轮轨系统静力分析  16-31
  2.1 横移船架简介  16-18
  2.2 走轮轮轴应力分析  18-21
    2.2.1 平衡轮轮轴弯曲应力计算  18-20
    2.2.2 边轮轮轴的弯曲应力计算  20-21
  2.3 走轮轮轴挠度计算  21-24
    2.3.1 平衡轮轮轴的挠度计算  21-22
    2.3.2 边轮轮轴的挠度计算  22-24
  2.4 走轮轴承比压p及pv值计算  24-26
    2.4.1 平衡轮滑动轴承压力p及pv值  24-25
    2.4.2 边轮滑动轴承比压p及pv值计算  25-26
  2.5 横移船架轮轨接触应力分析  26-30
    2.5.1 Hertz接触理论  26-28
    2.5.2 横移船架轮轨接触应力计算  28-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章横移船架轮轨系统有限元分析  31-55
  3.1 有限元仿真理论发展历程  31-36
    3.1.1 有限元分析在常规强度计算中的作用  32-33
    3.1.2 有限元仿真软件ANSYS及其接触分析简介  33-36
  3.2 平衡轮系统有限元计算  36-43
    3.2.1 平衡轮系统有限元模型描述  37-38
    3.2.2 走轮系统有限元模型计算结果分析  38-43
  3.3 边轮系统有限元计算  43-50
    3.3.1 边轮系统有限元模型描述  43-45
    3.3.2 边轮系统有限元模型计算结果分析  45-50
  3.4 轮轨接触应力有限元计算  50-53
    3.4.1 轮轨接触有限元模型描述  50-52
    3.4.2 轮轨接触有限元模型计算结果分析  52-53
  3.5 本章小结  53-55
第4章轨道接头处轮轨接触冲击有限元分析  55-73
  4.1 显示有限元软件LS-DYNA软件介绍  55-59
    4.1.1 LS-DYNA的发展历程  55-56
    4.1.2 LS-DYNA软件的功能特点  56
    4.1.3 ANSYS/LS-DYNA程序简介  56-59
  4.2 有限元模型描述  59-62
  4.3 横移船架轮轨冲击过程中的应力和应变分析  62-67
  4.4 横移船架移动速度对轮轨系统应力和应变的影响  67-69
  4.5 横移船架载荷对轮轨系统应力和应变的影响  69-72
  4.6 本章小结  72-73
第5章横移船架轮轨系统试验分析  73-82
  5.1 走轮系统应力测试装置  73-74
  5.2 平衡轮应力测试  74-76
    5.2.1 应变片压力测试原理  74-75
    5.2.2 平衡轮应变片位置布置  75-76
    5.2.3 压力测试结果  76
  5.3 平衡轮有限元计算  76-78
    5.3.1 平衡轮试验装置模型描述  77-78
    5.3.2 平衡轮轮辋测试点应力有限元计算与实测比较  78
  5.4 平衡轮应力测试与有限元计算分析  78-81
    5.4.1 测试点应力有限元计算与实测误差分析  78-79
    5.4.2 有限元模型修正  79-81
  5.5 本章小结  81-82
第6章结论与展望  82-84
  6.1 结论  82-83
  6.2 展望  83-84
致谢  84-85
参考文献  85-88
攻读硕士学位期间参加的科研项目  88

横移船架轮轨系统有限元仿真及试验分析

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