C80货车摇枕和侧架损伤容限研究

发布时间：2016-11-29 21:11

轨道车辆在运行中,车体、转向架等部位在实际线路上所承受到连续的随机载荷,承载构件在这种随机载荷的长期作用下则会产生疲劳损伤,而当这种累积损伤达到一定程度时就会导致承载构件的疲劳破坏,产生裂纹,进而会严重危及车辆的行车安全。铁路货车在运用中,由随机交变载荷导致的承载结构疲劳断裂是车辆的主要失效模式。载荷谱是承载结构在运用过程中所承受的典型随机交变载荷大小和频次的统计表示,它是进行结构部件疲劳寿命评估、确定裂纹损伤维修周期的基础性数据,随着列车运行速度的提髙和列车总重量的増加,列车结构部件的受载情况变得更加恶劣,这就对机车车辆的疲劳强度提出新的要求。开展基于实测载荷谱的重载货车部件服役疲劳寿命研究具有重要的意义,将为开展重载货车换件修和状态修提供指导和依据。

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2摇枕与侧架线路载荷实测及载荷谱编制

2.1线路试验

为了工程设计需要,专门制作了测力心盘和测力旁承,在使用过程中,这两个部件要安装在专用测力摇枕上。列车垂直方向的载荷基本都由心盘来承受,在车辆行驶过程中,车辆常常发生側滚运动,这就使实际载荷的作用点向心盘外侧发生偏离,而这种载荷的偏心将会对车体产生一个较大的翻转力矩。由此可见,心盘载荷的大小和等效作用位置你必不可少的两个物理量:,在测量过程中可根据力学原理,利用一组传感器来实现。旁承主要受到垂向载荷的作用,但是与心盘不一样,旁承的运动状态比较复杂,这就导致了旁承的等效载荷并不是作用于其中这就要求所用传感器能够准确的測试出旁承的垂向载荷。

2.2数据处理

通常所说的计数法其实就是对随机载荷(应力)随时间变换的规律进行合理的分析与计算,并能从中探究出可以参考的数学模型。在实际工程中,从一定程度而言,实际测量的载荷谱将直接影响对疲劳寿命的估算,然而,计数方法会直接影响实际测量的载荷谱,其内部存在一定的定性,即便处理同一个载荷数据如果选择的计数方法不同,则由此编制出的载荷应力谱也具有很大的区别。在现在的设计中,疲劳问题越来越受到关注,而且在近几年,关于疲劳损伤的机理探究、疲劳的分析方法等领域都有很大的发展,因此各种各样的计数方法相继涌现,并在工业和设计当中被广泛应用。从统计学的角度对计数方法进行划分,其大概可以分为两类,分别是单参数法和双参数法,两种方法各有所长又各有龄端。(1)单参数的计数法是指在实际运用时,只记录分析载荷循环过程中的某一个参数,比如平均值或者幅值,然后根据该参数进行合理的研究与计数。该方法具有很大的缺陷,因为除了所记录的参数外,载荷循环过程中的其他参数与信息都不能获得,将影响计数的准确性。

3转K6型转向架摇枕和侧架的疲劳薄弱部位分析.........37

3.1转K6型转向架摇枕和侧架有限元分析......38
3.2转K6型转向架摇枕和侧架裂纹调研......46
4裂纹扩展因素及应力强度因子......57
4.1裂纹的宏观表现方式......57
4.2应力强度因子计算方法......57
4.3裂纹扩展的影响因素......63
5摇枕、侧架裂纹扩展规律与扩展寿命......73
5.1裂纹扩展的一般规律......73
5.2不同裂纹形状对裂纹扩展规律的影响......76

5摇枕、侧架裂纹扩展规律与扩展寿命

5.1裂纹扩展的一般规律

摇枕排水孔,最短的裂纹扩展寿命为拍天,而敞车段修的周期为两年或者40万公里,相对于检修周期,摇枕排水孔裂纹的扩展寿命太短,所以这个部位应该尽量避免裂纹的产生,一旦出现裂纹应当立即维修或更换,要对此部位要进行重点监控。侧架肉弯角的裂纹扩展寿命为4-11年,大于检修周期,可以允许小裂纹的存在。同时还可看出,当裂纹深度在时,裂纹的寿命占整个扩展寿命的大部分,这说明了裂纹扩展时的寿命是主要分布在裂纹深度较小的区间内的,因此在实际工程中需要尽量避免裂纹的产重、防止裂纹急剧扩展;产生裂纹后,结构还能运用一定时间,为确保结构的安全使用,检修人员在实际运用中可根据裂纹的扩展寿命,制定合理的检修周期,发现裂纹,确保行车安全。

5.2不同裂纹形状对裂纹扩展规律的影响

本章应用损伤容限设计理论和断裂力学方法,进行摇枕、侧架裂纹扩展规律研究和扩展寿命计算。(1)本章采用Paris公式建立了疲劳裂纹扩展模型,结合己有裂纹尖端应力强度因子,分别研究了摇枕排水孔裂纹和侧架导框内弯角裂纹的扩展规律。(2)研究了裂纹的扩展寿命的计算方法,并分别计算了摇枕排水孔裂纹和侧架内弯角裂纹的扩展寿命,根据扩展寿命的计算结果可得知:在裂纹扩展的初始阶段,裂纹的扩展速率比较低,但是随若裂纹深度a的増大,裂纹的扩展速率逐渐加快;同时形状比a/C值越大,裂纹的扩展寿命延长。

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6结论与展望

在动态载荷下服役,疲劳裂纹是其主要失效形式,本学位论文C80货车转向架线路实测的载荷谱为基础,采用损伤容限的研究方法对疲劳裂纹形成过程和裂纹扩展规律及扩展寿命等有关问题开展初步研究,对保睹铁路运输安全,节约制造成本具有重要意义,论文的主要结论归纳如下;(1)分析C80货车摇枕、侧架在典型线路运行中测得的载荷数据,运用循环计数方法一雨流计数法,结合一维载荷谱编制思想和方法,并编制了神木北-黄兴港一趟往返谱长为164mm的十六级心盘载荷、旁承载荷和侧架垂向载荷的一维幅值载荷谱和二维载荷谱,并进行了载荷谱分析,得知各载荷的特性。(2)对裂纹故障货车的摇枕、侧架分别进行了基于实测载荷的有限元计算和调研分析,一方面建立了摇枕、侧架的三维模型,对摇枕、侧架进行了仿真分析,得到摇枕、侧架的疲劳薄弱部位。另-方面,通过调研分析得知摇枕裂纹主要分布在排水孔、下表面盘、八字面和斜換植等部位,侧架裂纹主要分布上梁和內弯角处,并将仿真分析结果与调研结果进行对比,确定了后续进行损伤容限研究的具体裂纹部位。

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参考文献（略）

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本文编号：198732