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高速列车车轴的疲劳可靠性灵敏度分析

作　者: 宋瑾
导　师: 张义民
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 高速列车车轴有限元疲劳寿命可靠性灵敏度
分类号: U270.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

高速铁路无疑是世界铁路的亮点,以其高速、舒适、安全、运输量大、能耗低等优势取得了明显的经济与社会效益。我国作为人口大国,铁路客运一直处于紧张状态,发展高速铁路很有必要。高速列车作为高速铁路的核心工具,代表机车车辆的现代化水平,集中体现着机械、电子、材料、计算机控制等现代技术。我国无论从经济实力上、工业规模上、理论研究上、试验设备上和设计制造水平上都有一定的物质基础。2008年2月26日,铁道部、科技部签署的《中国高速列车自主创新联合行动计划合作协议》中表示要研制新一代时速350公里以上高速列车,为京沪高速铁路提供装备保障。京沪高速铁路已经得到国务院批准立项,本课题正来自与此,将针对高速列车关键零部件之一车轴进行动态灵敏度分析,求得某些关键设计参数对车轴可靠度的影响,为列车关键部件的可靠性研究提供系统的理论和方法。车轴上承受的是随机载荷,要在有限寿命条件下进行车轴的疲劳寿命可靠性计算,必须要明确在随机载荷作用下危险点上的应力随时间变化的历程,可以采用贴片法实测得出,通过车辆系统动力学仿真也可以,另外可以依据实测谱数据,结合车体的实际参数,通过理论推算得出轮对载荷谱。本文采用第三种方法。我国为了简化设计,便于制造、检修、运用,车轴轴型已经标准化和系列化。本文在某客车车轴轴型基础上,参考国内外中有关车轴结构设计的内容,对关键处做了改进。然后建立车轴实体模型,导入有限元软件MSC.Patran中做静力分析,得到车轴上最大危险点——卸荷槽。再次分析时加载动载荷,得到卸荷槽处应力谱。选用Miner线性累积损伤原则估算车轴寿命,进一步求解车轴随里程(即寿命)的动态可靠度。把实体模型参数化,应用iSIGHT软件将参数化后的模型与MSC.Patran集成,分析不同参数下卸荷槽处最大应力的变化,用BP神经网络法拟合出所选参数和最大应力间的函数关系,最终求到参数变化对车轴寿命可靠度的影响,即可靠性灵敏度曲线。它提供变量参数的变化引起可靠性的变化率信息,可用来表示各随机变量或参数之间重要性程度的横向对比,为可靠性设计提供重要信息。本文对比了车轴轴颈,卸荷槽处圆弧等尺寸参数和材料的泊松比等变量,列出了它们对可靠度影响程度的不同,以便于可靠性设计、修改、优化设计和维护等。

高速列车车轴的疲劳可靠性灵敏度分析

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