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高速车辆刚柔耦合动态响应及轮对疲劳寿命研究
| 论文题名： | 高速车辆刚柔耦合动态响应及轮对疲劳寿命研究 |
| 关键词： | 高速车辆;轮对;刚柔耦合;动态响应;疲劳寿命;限元仿真 |
| 摘要： | 本文以CRH2型高速动车组拖车轮对为研究对象，运用有限元分析、动力学仿真和疲劳分析等多领域综合分析的方法，对车辆的刚柔耦合动态响应及轮对的疲劳寿命进行研究。基于柔性轮对的刚柔耦合动力学模型仿真输出用于轮对疲劳寿命研究的载荷时-间历程。首先，用Solidworks建立轮对模型，用有限元软件ANSYS建立轮对有限元模型并进行轮对疲劳强度和模态等分析，校核轮对的疲劳强度并获取轮对在动载荷作用下的应力分布，提取轮对的柔性体信息。其次，分别将轮对视为刚体和柔体，借助SIMPACK动力学仿真平台，建立高速动车组CRH2拖车的刚体系统动力学模型和刚柔耦合动力学模型，从车辆运行安全性和舒适性以及轮对自身的动态特性等方面对两种动力学模型的仿真结果进行对比分析，输出用于轮对疲劳寿命计算的载荷谱。最后，基于疲劳强度理论并结合有限元分析法用N-code软件对轮对疲劳寿命进行研究。 研究结果表明：首先通过有限元分析得到，轮轴以0.3mm的过盈量配合时产生的最大等效应力为311.73Mpa，小于轮对材料的许允应力，过盈配合能满足装配要求；车轮在直线、曲线、道岔三种工况下的强度满足EN13979-1-2003中疲劳强度的要求；轮对的前6阶振动频率为0，为刚体振动；轮对在运行过程中以车轴的一阶弯曲为主振型，振动频率在200Hz以下。其次，通过动力学仿真对比分析，将轮对考虑为柔体对车辆的运行安全性和平稳性影响很小，但轮对自身的动态响应影响显著；柔性轮对的垂向振动加速度和垂向轮轨力是刚性轮对的2倍，横向振动加速度和横向轮轨力也明显大于刚性轮对。最后，输出柔性轮对的载荷-时间历程并对其疲劳寿命进行研究，轮对整体结构的疲劳寿命是2.26千万公里，车轮的疲劳寿命是12.29千万公里，车轴的疲劳寿命为2.24千万公里。 |
| 作者： | 吴正习 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 石广田 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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