軌道車輛在運行中,車體、轉向架等部位在實際線路上所承受到連續(xù)的隨機載荷,承載構件在這種隨機載荷的長期作用下則會產(chǎn)生疲勞損傷,而當這種累積損傷達到一定程度時就會導致承載構件的疲勞破壞,產(chǎn)生裂紋,進而會嚴重危及車輛的行車安全。鐵路貨車在運用中,由隨機交變載荷導致的承載結構疲勞斷裂是車輛的主要失效模式。載荷譜是承載結構在運用過程中所承受的典型隨機交變載荷大小和頻次的統(tǒng)計表示,它是進行結構部件疲勞壽命評估、確定裂紋損傷維修周期的基礎性數(shù)據(jù),隨著列車運行速度的提髙和列車總重量的増加,列車結構部件的受載情況變得更加惡劣,這就對機車車輛的疲勞強度提出新的要求。開展基于實測載荷譜的重載貨車部件服役疲勞壽命研究具有重要的意義,將為開展重載貨車換件修和狀態(tài)修提供指導和依據(jù)。

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2搖枕與側架線路載荷實測及載荷譜編制

2.1線路試驗

為了工程設計需要,專門制作了測力心盤和測力旁承,在使用過程中,這兩個部件要安裝在專用測力搖枕上。列車垂直方向的載荷基本都由心盤來承受,在車輛行駛過程中,車輛常常發(fā)生側滾運動,這就使實際載荷的作用點向心盤外側發(fā)生偏離,而這種載荷的偏心將會對車體產(chǎn)生一個較大的翻轉力矩。由此可見,心盤載荷的大小和等效作用位置你必不可少的兩個物理量:,在測量過程中可根據(jù)力學原理,利用一組傳感器來實現(xiàn)。旁承主要受到垂向載荷的作用,但是與心盤不一樣,旁承的運動狀態(tài)比較復雜,這就導致了旁承的等效載荷并不是作用于其中這就要求所用傳感器能夠準確的測試出旁承的垂向載荷。

2.2數(shù)據(jù)處理

通常所說的計數(shù)法其實就是對隨機載荷(應力)隨時間變換的規(guī)律進行合理的分析與計算,并能從中探究出可以參考的數(shù)學模型。在實際工程中,從一定程度而言,實際測量的載荷譜將直接影響對疲勞壽命的估算,然而,計數(shù)方法會直接影響實際測量的載荷譜,其內部存在一定的定性,即便處理同一個載荷數(shù)據(jù)如果選擇的計數(shù)方法不同,則由此編制出的載荷應力譜也具有很大的區(qū)別。在現(xiàn)在的設計中,疲勞問題越來越受到關注,而且在近幾年,關于疲勞損傷的機理探究、疲勞的分析方法等領域都有很大的發(fā)展,因此各種各樣的計數(shù)方法相繼涌現(xiàn),并在工業(yè)和設計當中被廣泛應用。從統(tǒng)計學的角度對計數(shù)方法進行劃分,其大概可以分為兩類,分別是單參數(shù)法和雙參數(shù)法,兩種方法各有所長又各有齡端。(1)單參數(shù)的計數(shù)法是指在實際運用時,只記錄分析載荷循環(huán)過程中的某一個參數(shù),比如平均值或者幅值,然后根據(jù)該參數(shù)進行合理的研究與計數(shù)。該方法具有很大的缺陷,因為除了所記錄的參數(shù)外,載荷循環(huán)過程中的其他參數(shù)與信息都不能獲得,將影響計數(shù)的準確性。

3轉K6型轉向架搖枕和側架的疲勞薄弱部位分析.........37

3.1轉K6型轉向架搖枕和側架有限元分析......38
3.2轉K6型轉向架搖枕和側架裂紋調研......46
4裂紋擴展因素及應力強度因子......57
4.1裂紋的宏觀表現(xiàn)方式......57
4.2應力強度因子計算方法......57
4.3裂紋擴展的影響因素......63
5搖枕、側架裂紋擴展規(guī)律與擴展壽命......73
5.1裂紋擴展的一般規(guī)律......73
5.2不同裂紋形狀對裂紋擴展規(guī)律的影響......76

5搖枕、側架裂紋擴展規(guī)律與擴展壽命

5.1裂紋擴展的一般規(guī)律

搖枕排水孔,最短的裂紋擴展壽命為拍天,而敞車段修的周期為兩年或者40萬公里,相對于檢修周期,搖枕排水孔裂紋的擴展壽命太短,所以這個部位應該盡量避免裂紋的產(chǎn)生,一旦出現(xiàn)裂紋應當立即維修或更換,要對此部位要進行重點監(jiān)控。側架肉彎角的裂紋擴展壽命為4-11年,大于檢修周期,可以允許小裂紋的存在。同時還可看出,當裂紋深度在時,裂紋的壽命占整個擴展壽命的大部分,這說明了裂紋擴展時的壽命是主要分布在裂紋深度較小的區(qū)間內的,因此在實際工程中需要盡量避免裂紋的產(chǎn)重、防止裂紋急劇擴展;產(chǎn)生裂紋后,結構還能運用一定時間,為確保結構的安全使用,檢修人員在實際運用中可根據(jù)裂紋的擴展壽命,制定合理的檢修周期,發(fā)現(xiàn)裂紋,確保行車安全。

5.2不同裂紋形狀對裂紋擴展規(guī)律的影響

本章應用損傷容限設計理論和斷裂力學方法,進行搖枕、側架裂紋擴展規(guī)律研究和擴展壽命計算。(1)本章采用Paris公式建立了疲勞裂紋擴展模型,結合己有裂紋尖端應力強度因子,分別研究了搖枕排水孔裂紋和側架導框內彎角裂紋的擴展規(guī)律。(2)研究了裂紋的擴展壽命的計算方法,并分別計算了搖枕排水孔裂紋和側架內彎角裂紋的擴展壽命,根據(jù)擴展壽命的計算結果可得知:在裂紋擴展的初始階段,裂紋的擴展速率比較低,但是隨若裂紋深度a的増大,裂紋的擴展速率逐漸加快;同時形狀比a/C值越大,裂紋的擴展壽命延長。

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6結論與展望

在動態(tài)載荷下服役,疲勞裂紋是其主要失效形式,本學位論文C80貨車轉向架線路實測的載荷譜為基礎,采用損傷容限的研究方法對疲勞裂紋形成過程和裂紋擴展規(guī)律及擴展壽命等有關問題開展初步研究,對保睹鐵路運輸安全,節(jié)約制造成本具有重要意義,論文的主要結論歸納如下;(1)分析C80貨車搖枕、側架在典型線路運行中測得的載荷數(shù)據(jù),運用循環(huán)計數(shù)方法一雨流計數(shù)法,結合一維載荷譜編制思想和方法,并編制了神木北-黃興港一趟往返譜長為164mm的十六級心盤載荷、旁承載荷和側架垂向載荷的一維幅值載荷譜和二維載荷譜,并進行了載荷譜分析,得知各載荷的特性。(2)對裂紋故障貨車的搖枕、側架分別進行了基于實測載荷的有限元計算和調研分析,一方面建立了搖枕、側架的三維模型,對搖枕、側架進行了仿真分析,得到搖枕、側架的疲勞薄弱部位。另-方面,通過調研分析得知搖枕裂紋主要分布在排水孔、下表面盤、八字面和斜換植等部位,側架裂紋主要分布上梁和內彎角處,并將仿真分析結果與調研結果進行對比,確定了后續(xù)進行損傷容限研究的具體裂紋部位。

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參考文獻（略）

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本文編號：198732