IMECH-IR  > 流固耦合系统力学重点实验室
高速列车动力学与关键结构部件疲劳可靠性分析
Alternative TitleMulti-body Dynamics Analysis of High-Speed Railway Vehicle and Fatigue Reliability Analysis for Key Structural Component
马书元
Thesis Advisor徐永君
2016
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Subtype硕士
Degree Discipline工程力学
Abstract高速铁路是当今世界铁路发展的潮流,提升列车运行速度的同时兼顾安全、稳定、舒适是世界各国不断追求的目标。车辆的运行性能与车辆悬挂参数有着密切关联。弹簧作为悬挂系统中的重要元件,弹簧质量在研究和设计过程中多被忽略。随着高速铁路列车全面提速,轨道不平顺等激励在频域上产生了显著的变化,弹簧质量的影响也更加凸显。但其在高速列车多体系统中和由轨道不平顺引起的复杂激励情况下的实际影响程度有待研究和验证。同时,为了降低列车自重功率消耗以节约能源,为了提高列车的运行品质等,各国都高度重视高速动车组的轻量化技术。结构轻量化会使得材料疲劳强度产生变化,随之而来的疲劳可靠性问题也应引起足够的重视。本文以我国CRH3系某型号高速列车为研究对象,针对作为悬挂系统中重要元件的减震弹簧,通过多体动力学仿真开展了相关的动力学问题研究;以某关键载重部件为研究对象,通过理论分析、有限元分析和疲劳实验等方法,开展了列车关键结构部件的疲劳可靠性研究。 利用高速列车多体动力学分析软件Simpack,建立高速列车多刚体模型,理论分析基础激励下车体受迫振动与悬挂传递关系,确定和验证模拟弹簧质量的模型修改方案。对实测京津谱进行多体动力学时域仿真。分别计算模型重建前后的悬挂间传递函数、列车运行舒适度指标,对比分析弹簧质量对列车运行品质的影响,结果显示在考虑弹簧质量情况下,悬挂间传递函数峰值有扩大效应,扩大比率最高为13.59%,峰值扩大现象主要集中在5-15Hz频域区间。通过根轨迹法研究悬挂弹簧质量对列车临界速度的影响,随着弹簧质量增大线性临界速度按负斜率下降。 对典型路况进行高速列车多体动力学仿真获得某关键构件随机振动的时域边条。并基于相应的时域边条对关键构件进行瞬态动力学分析,得到应力功率谱密度G(f)。基于应力功率谱密度G(f)对关键构件进行了疲劳寿命分析。 通过对含不同缺口拉伸试样进行应力分析,研究了缺口张角对局部最大应力的影响,并采用围线积分法计算得到了应力强度因子随缺口张角变化的关系曲线。对含不同缺口钢、铝拉伸试样进行了一系列疲劳试验,研究给出了缺口张角对疲劳寿命的影响。基于试样试验结果和功率谱密度疲劳寿命分析,对载重部件进行量纲分析,给出了构件拐角在90°到120°范围内疲劳寿命随构件拐角的变化规律,结果显示构件拐角在90°到120°范围内疲劳寿命随着构件拐角增大呈二次关系递减。
Call Number31322
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/59431
Collection流固耦合系统力学重点实验室
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GB/T 7714
马书元. 高速列车动力学与关键结构部件疲劳可靠性分析[D]. 北京. 中国科学院大学,2016.
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