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铁路货车转向架摇枕弹簧的疲劳可靠性分析

作　者: 左顺宏
导　师: 宋永增
学　校: 北京交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 摇枕弹簧疲劳可靠性 AAR载荷谱疲劳寿命蒙特卡洛方法
分类号: U270.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 185次
引　用: 3次
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内容摘要

随着我国铁路运输向着高速、重载的方向不断发展,对车辆零部件的疲劳强度提出了更高的要求,作为货车转向架的关键零部件,摇枕弹簧在实现车辆载荷的均匀传递,缓和线路不平顺引起的振动与冲击等方面,起着至关重要的作用,因此,为保障行车安全,迫切需要对摇枕弹簧进行疲劳可靠性的研究。摇枕弹簧的疲劳可靠性研究对于货车的运行安全、设计制造、维修周期及标准的制定具有重要意义。同时,由于现有摇枕弹簧采用了新型材料60Si2CrVAT,亟待对其疲劳可靠性进行科学、全面的评估。本文以C70敞车的转K6转向架摇枕弹簧为作为研究对象,基于60Si2CrVAT材料的试验数据,利用AAR载荷谱对摇枕弹簧组进行了疲劳寿命评估,提出了评估弹簧疲劳的可靠性模型,并对弹簧组进行了全面的可靠性分析,主要工作如下：(1)根据疲劳试验数据及弹簧的材料属性得出弹簧的S-N曲线,并利用铁道部标准试验载荷对弹簧进行了疲劳寿命验证计算。(2)结合车辆的结构,对弹簧进行了详细的受力分析,采用AAR载荷谱,将载荷谱(包括心盘和旁承)转化为弹簧载荷谱,对弹簧进行疲劳寿命估算,得出了五种弹簧的疲劳寿命。(3)根据Miner线性损伤累积理论,考虑疲劳强度、材料属性、几何参数等基本因素的随机性,提出了弹簧的疲劳可靠性模型,并用Matlab进行建模,采用蒙特卡洛方法进行数字仿真,得出了弹簧的相关可靠性指标。(4)利用蒙特卡洛方法的仿真结果,对弹簧的疲劳寿命进行了分布拟合。通过与常用可靠性模型的对比,分析了摇枕弹簧组的系统可靠性。(5)分析了弹簧组系统故障对各弹簧疲劳寿命的影响,并给出了相关的维修建议。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-19
  1.1 选题背景及意义  11-14
    1.1.1 货车弹簧的发展历史  12
    1.1.2 弹簧的失效形式  12-13
    1.1.3 提速重载对弹簧的技术要求  13-14
  1.2 疲劳寿命研究发展状况  14-15
    1.2.1 国内外发展状况  14
    1.2.2 摇枕弹簧的疲劳寿命研究现状  14-15
  1.3 机械产品的可靠性  15-17
    1.3.1 机械产品可靠性的特点  15-16
    1.3.2 铁路车辆可靠性研究状况  16
    1.3.3 摇枕弹簧的疲劳可靠性研究  16-17
  1.4 论文主要研究内容  17-19
2 弹簧的性质及试验寿命  19-39
  2.1 弹簧的作用及主要特性  19-21
    2.1.1 弹簧装置的作用  19
    2.1.2 弹簧的主要特性  19-20
    2.1.3 弹簧的计算公式  20-21
  2.2 弹簧的有限元分析  21-23
    2.2.1 有限元模型  21-22
    2.2.2 有限元分析  22-23
  2.3 材料的S-N曲线  23-28
    2.3.1 S-N曲线模型  23-25
    2.3.2 绘制S-N曲线的方法  25-28
  2.4 材料的疲劳试验  28-31
    2.4.1 试验条件和试验方法  28-29
    2.4.2 材料疲劳极限的测定方法  29-30
    2.4.3 试验数据  30-31
  2.5 弹簧的S-N曲线  31-36
    2.5.1 材料的S-N曲线  31-32
    2.5.2 弹簧疲劳强度的影响因素  32-34
    2.5.3 弹簧的S-N曲线  34-36
  2.6 试验寿命  36-37
  2.7 小结  37-39
3 摇枕弹簧的疲劳寿命  39-55
  3.1 疲劳分析的目的及方法  39
  3.2 疲劳寿命评估方法  39-42
    3.2.1 Miner线性累积损伤理论  39-40
    3.2.2 AAR货车载荷谱  40-42
  3.3 摇枕弹簧疲劳寿命计算方法  42-45
    3.3.1 换算应力谱  42-43
    3.3.2 弹簧的等效对称循环应力  43
    3.3.3 小应力循环对疲劳累积损伤的影响  43-45
  3.4 弹簧组受力分析  45-50
    3.4.1 转K6转向架摇枕弹簧的结构  45-46
    3.4.2 受力特性分析  46-48
    3.4.3 弹簧组的挠力图  48-49
    3.4.4 弹簧组的"压死"  49-50
  3.5 弹簧组疲劳寿命计算  50-52
    3.5.1 载荷谱转换系数  50
    3.5.2 心盘重车载荷谱损伤计算  50-51
    3.5.3 旁承重车载荷谱损伤计算  51-52
  3.6 计算结果及分析  52-54
    3.6.1 计算结果  52
    3.6.2 结果分析  52-54
  3.7 小结  54-55
4 弹簧的疲劳可靠性  55-75
  4.1 可靠性简介  55-58
    4.1.1 可靠性的重要性  55
    4.1.2 常用可靠性特征量  55-57
    4.1.3 可靠性评估的基本方法  57-58
  4.2 蒙特卡罗方法  58-63
    4.2.1 蒙特卡洛方法简介  58-60
    4.2.2 随机数简介  60-61
    4.2.3 均匀分布随机数的生成  61-62
    4.2.4 任意分布随机数的生成  62-63
  4.3 可靠性模型  63-67
    4.3.1 疲劳可靠性模型  63-64
    4.3.2 弹簧疲劳可靠性的随机因素  64-66
    4.3.3 可靠性结构函数  66-67
  4.4 蒙特卡洛仿真  67-70
    4.4.1 仿真流程  67-69
    4.4.2 程序设计  69-70
  4.5 弹簧的疲劳可靠性  70-74
    4.5.1 弹簧的可靠度  70
    4.5.2 弹簧的疲劳寿命分布  70-74
  4.6 小结  74-75
5 摇枕弹簧系统的可靠性  75-89
  5.1 系统可靠性模型  75-77
    5.1.1 串联系统可靠性模型  75-76
    5.1.2 并联系统可靠性模型  76
    5.1.3 表决系统可靠性模型  76-77
  5.2 弹簧寿命分布的参数估计  77-83
    5.2.1 常用的寿命分布模型  77-80
    5.2.2 Weibull++7软件介绍  80
    5.2.3 弹簧寿命分布的参数估计  80-83
  5.3 系统可靠性模型  83-86
    5.3.1 摇枕弹簧系统的性质分析  83-84
    5.3.2 摇枕弹簧系统的模型  84-86
  5.4 带故障弹簧系统的疲劳寿命  86-88
    5.4.1 弹簧系统的故障  86
    5.4.2 带故障弹簧系统的寿命计算方法  86-87
    5.4.3 带故障弹簧系统的疲劳寿命  87-88
  5.5 摇枕弹簧的检修建议  88
  5.6 小结  88-89
6 总结与展望  89-91
  6.1 总结  89-90
  6.2 论文的主要创新点  90
  6.3 展望  90-91
参考文献  91-93
附录1 蒙特卡洛方法仿真主程序(外圆弹簧)  93-95
附录2 疲劳累积损伤计算(外圆弹簧)  95-97
作者简历  97-101
学位论文数据集  101

铁路货车转向架摇枕弹簧的疲劳可靠性分析

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