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动车组车轮轮辋疲劳寿命及可靠性灵敏度分析
| 论文题名： | 动车组车轮轮辋疲劳寿命及可靠性灵敏度分析 |
| 关键词： | 高速动车组;车轮轮辋;接触应力;疲劳寿命;可靠性;灵敏度 |
| 摘要： | 车轮是列车转向架系统最重要的组成部分，也是列车服役条件最苛刻的部件，是关系列车运行安全的重要构件。随着列车运行速度的提高，对车轮的安全性、可靠性提出了更大挑战。分析高速动车组车轮的失效机理、评价在役车轮安全性，对于保证列车运行安全具有十分重要的意义。 本文围绕车轮服役过程中的典型失效形式（辋裂），对动车组车轮疲劳寿命及可靠性灵敏度问题展开研究，具体内容如下： 首先，考虑轮轨接触的弹塑性问题，分析了轮轨接触区附近轮辋的应力应变状态。通过轮轨接触的弹塑性有限元分析，得知轮轨接触表面及其附近轮辋内部存在应力集中，且应力值大于轮辋材料的屈服极限，应力集中区产生了一定的塑性变形，塑性变形最大的位置在轮辋内部，因此该位置附近容易产生辋裂。 其次，对直道、弯道和道岔工况的动车组车轮疲劳寿命进行了估计。根据相关标准，确定了车轮运行过程中的载荷工况，进而编制了车轮在不同工况下的载荷谱。借助有限元软件获得了轮辋危险部位的应力谱，结合轮辋材料的S-N曲线和Miner法则估计了不同工况下轮辋的疲劳寿命。结果表明道岔工况对轮辋寿命影响较为严重，而直道和弯道工况的影响相对较小。 然后，分析了夹杂物的类型、分布位置、大小和聚集状态对轮辋局部应力和裂纹形核的影响规律。通过比较硬质夹杂物 AL2O3和软质夹杂物 MnS在不同大小和位置时对轮辋局部应力的影响，得知夹杂物的类型、分布位置和大小均对轮辋局部应力产生影响，在夹杂物附件产生应力集中，由应力集中引发的夹杂物本身破裂或夹杂物周围轮辋基体产生的滑移带和空穴是疲劳裂纹成核的主要过程，疲劳裂纹会在此基础上形成并不断扩展，直至轮辋破裂失效。 最后，分析了夹杂物的分布位置、材料属性和形状大小对轮辋可靠性的影响程度。运用Monte Carlo可靠性分析方法，以足够的样本数目为保障，对含夹杂物的车轮轮辋的可靠性灵敏度进行分析，得知轮辋可靠性受夹杂物位置的影响最大，其次是夹杂物材料属性，而夹杂物大小对其影响较小。 本文的研究内容可为进一步建立动车组车轮的可靠性评价模型提供理论和技术支持，为我国高速列车车轮安全服役提供支撑。 |
| 作者： | 张廷秀 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 陈换过 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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