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原文传递车体结构风致载荷作用下的部分载荷谱研究

论文题名：	车体结构风致载荷作用下的部分载荷谱研究
关键词：	高速列车;风致载荷;载荷谱;动力学特性;车体结构;力学强度
摘要：	列车低速运行时，一般不考虑气动载荷对车体结构强度的影响，随着运行速度的提高，列车运行动态环境恶化，气动力对车体结构强度的影响加剧，成为载荷谱研究过程中必须考虑的因素之一。由于列车高速运行通过隧道或交会时，车体内外、车体与隧道、车体与车体之间产生周期性空气压力变化，车体侧墙产生较大的周期性形变，持续的交变动载荷作用引起车体的反复膨胀、收缩，车体结构内应力随时间周期变化，所以有必要考虑车体内外压差的变化对车体结构疲劳强度的影响;而且，列车明线运行时遭遇随机自然风力作用，随机气动载荷的持续作用，引起车体结构的振动加剧，载荷循环的累积，可能导致车体结构产生裂纹萌生、扩展，甚至最后出现疲劳断裂等失效情况发生。列车在运行过程中所受到的各种载荷的叠加作用是一个复杂的随机过程，因此，非常有必要全面了解列车车体服役载荷环境，掌握对车体结构疲劳影响较大的典型线路特征和运行工况，建立涵盖面较大的车体载荷谱，以利于科学合理地进行车体疲劳设计和试验评估，并为合理安排列车维修周期提供理论支持。　　本文主要以CRH某型高速列车为研究对象，考虑随机风载荷对车辆动力学特性和车体结构强度的影响，以谱方法计算随机气动载荷，侧重于风致载荷作用下的车体结构典型载荷谱研究。主要工作内容包括: 　　(1)研究京津线路谱的基本特征，包括曲线半径分布、曲线超高以及进出缓和曲线长等参数;根据文献提供的京津线路沿线的风谱信息，分析不同时段主导风向与沿线最大瞬时风速信息。选择Cooper风速谱作为目标谱，以线性滤波方法模拟出随列车移动点处的随机风速时间历程。基于风速与风压关系，分析了气动载荷的计算方法，引入气动权重函数，计算高速列车横风作用下的非定常气动载荷，通过Matlab程序实现非定常气动力的模拟。　　(2)基于多体动力学和车辆动力学建模理论，以CRH某型高速列车为原型，结合实际车辆动力学主要性能参数，建立车辆动力学计算模型，且根据京津线路特征以及沿线瞬时最大风速相关信息确定车辆典型运行工况，详细研究了瞬态风载荷的加载方法，并在车辆模型中施加气动载荷激励，评估了高速列车在典型载荷工况下的运行安全性。　　(3)最后，以横风中典型工况下的高速列车车辆动力学模型为主要研究对象，通过仿真计算方法，提取车体结构的载荷时间历程;采用雨流计数法对载荷时间历程及非定常气动力的仿真数据进行载荷谱编制，形成典型的车体结构风致载荷谱。　　研究结果表明，采用线性滤波法所获取的风速功率谱与目标谱在仿真频段内拟合精度较高，随机风速的能量集中分布于0.001-3Hz范围内;气动力计算过程中，引入权重函数，过滤了高频气动力中的脉动成分，且反映了气动力作用效果的延迟;经动力学仿真分析，当风速为20.6m/s时，模型车辆以200-300km/h速度通过激励轨道，车辆各项安全性指标均满足安全行车的规范要求;最后，采用雨流计数方法形成了车体结构载荷谱以及随机气动载荷的载荷谱块。
作者：	谭仕发
专业：	车辆工程
导师：	缪炳荣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文