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高速动车车体的疲劳强度分析

发布于:2016-07-17 22:14
强度分析

      我国列车提速后,出现了一系列机车车辆结构疲劳强度分析的问题。如动车的枕梁横向减振器安装座连接部位、枕梁下盖板及立板、牵引座等多处出现大裂纹,严重影响厂列车行车安全。
      如何更为准确地评估机车车辆的疲劳强度,更好地解决结构轻量化和高速运行要求降低轴重的矛盾,成为了重要的研究课题。在产品研制过程中的结构疲劳强度仿真分析周期短、费用小,并且能多次反复进行,成为机车车辆疲劳强度分析的重要方法。应力谱是疲劳强度分析的基础,但由于机车车辆系统结构的复杂性,对整个系统进行动应力的仿真分析,以得到应力谱存在很多困难。
      目前,对机车车辆的疲劳强度仿真分析主要是先通过动力学分析App计算得到动载荷谱,然后采用准静态叠加法得到应力潜。由于准静态叠加法认为构件受力部位在各动载荷同时作用时的应力时间历程可近似等效于各动载荷作用点单独承受单位静载荷时的应力乘以载荷一时间历程的叠加,没有考虑应力的动态响应问题。基于此,本文提出基于动应力仿真分析的疲劳强度分析方法:采用有限元法,将各部件作为弹性体考虑,直接通过瞬态动力学分析得到应力一时间历程,再利用雨流计数法统计得到应力谱,评估构件疲劳强度。以270 km / h高速动车为例,重点讨论了仿真分析过程中采用的模型、悬挂元件的模拟、载荷的处理及计算分析得到的应力一时间历程,编程实现雨流计数法,评估车体疲劳强度。
疲劳强度分析理论和方法
      线性累积损伤理论
      根据线性累积损伤的系列假设,每次当部件承受的应力大于零件在所加应力比Ri时疲劳极限的量级Sei ,则引起已知量的损伤。某应力比的疲劳极限S,,表示在该应力比条件下无穷次地作用于此部件而不会产生疲劳损坏的最大应力(静应力和动应力的代数和)。如果作用以任何更大值的最大应力Smax,且如作用次数足够频繁,将使部件产生疲劳损坏,若“损伤增值”之和等于1,便认为出现疲劳损坏。如果给定i应力级下循环数Ni表示某种损伤应力级时的循环数,Ni表示在该应力级时将导致损坏的循环数,则在下式情况下出现损坏。
      用Nr表示部件在应力谱下出现损坏的总循环数,ai表示每一应力级占总循环的分数,则应力谱下疲劳寿命的关系可以表示为式中,Nr表式谱循环总数,并不正好是出现损伤应力级时的循环数。在实际计算时,只是出现损伤的应力级(高于疲劳极限)的循环才包括在方程的总和中,低于疲劳极限的循环不包括在内,因为假定这些循环不会造成损伤。
      疲劳极限应力不能用来直接表示某种较高应力级产生疲劳损坏的循环数。根据收集到的试验数据表明,经典S-N曲线在复对数坐标纸上是在100000次循环和相当于所研究的材料的疲劳极限的循环数(对于钢材为2X1护次循环)之间的一条直线。知道此曲线的斜率,就可以预测承受超过疲劳极限的应力S的部件寿命Nf疲劳损坏的循环数。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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