详情

原文传递焊接转向架构架线路载荷的特征与应用研究

论文题名：	焊接转向架构架线路载荷的特征与应用研究
关键词：	高速列车;转向架;线路载荷;疲劳强度
摘要：	不断发展的社会需求促进了铁路车辆运输能力的提高，并催生了大量的新型轨道车辆产品，但同时也使车辆的安全运营问题面临前所未有的挑战。客车车辆多采用焊接式构架，作为转向架的主体框架结构，其疲劳强度直接关系到车辆的安全运行。载荷是构架疲劳强度及可靠度分析的基础，大量线路测试试验表明，依据铁路行业标准UIC、JIS、TB等确定的构架载荷与构架在线路上实际运行时的载荷有较大差异。因此，依据标准规定载荷进行构架疲劳强度评估的结果可能与构架实际的疲劳损伤情况有所偏差。　　为了研究焊接转向架构架在实际运用情况下的线路载荷特征以及建立线路载荷与结构疲劳损伤的关系，本文在自然科学基金“高速列车转向架结构损伤一致性载荷谱建立方法与试验验证”的支持下，对焊接转向架构架的线路载荷测试、线路载荷特征分析、构架实际运行条件下的疲劳损伤评估、基于线路载荷的台架试验载荷谱编制、线路载荷对构架的疲劳损伤影响程度等多个方面开展了研究。全文的主要研究工作如下，　　(1)研究了模态分解法、逆虚拟激励法、时域载荷积分法、准静态法等载荷识别理论，讨论了这些方法在构架载荷识别应用中的局限性。首次研究了基于应力响应的传递函数法在构架载荷识别中的应用，通过悬臂梁试验验证了该方法的准确性，发现合理的测点位置选择、信号除噪、传递函数平滑等技术处理手段能够获取较高精度的载荷识别结果;用实测的焊接构架线路载荷与应力数据验证了该方法在构架动态载荷识别中应用的可行性，结果表明该方法识别精度较高，具有良好的工程应用价值。在载荷识别方法研究的基础上，确定了CRH380BJ型动车组转向架构架线路载荷测试方案。　　(2)通过线路试验获取了CRH380BJ型动车组动车构架的线路载荷数据。对比分析不同工况下的载荷数据，发现了构架垂向载荷具有“反向”一致性等重要的线路载荷特征。基于力平衡原理，用新的方法重构了构架的垂向载荷，重构结果表明垂向载荷主要由侧滚载荷、点头载荷组成，新的载荷重构方法与传统方法相比，能够实现重构载荷与原载荷的相互转换。垂向载荷重构后，发现了构架上各载荷之间的关联，首次用“载荷对”的形式表征了构架不同载荷之间的关系，该表征形式可使实测载荷在进一步的损伤一致性校准中保留更多的线路载荷特征，并为进一步基于实测数据编制台架试验载荷谱提供有力的试验依据。　　(3)根据焊接转向架构架实测等效应力幅值的随机性、相同工况下构架载荷的差异性较小等特征，基于误差分析思想，结合Miner准则及S-N曲线，提出了损伤一致性等效应力幅值的修正计算方法，进一步完善了损伤一致性等效应力幅值估算的数学模型。该方法认为构架的等效应力幅值服从正态分布，并通过实测的构架动应力数据验证了正态分布的显著性，描述了转向架焊接构架等效应力幅值的统计学规律。将该方法在构架等效应力幅值评估、构架全寿命服役损伤预测、线路试验方案的优化等方面进行了应用，为今后的结构疲劳评估、线路测试试验研究等提供了有力的技术支撑。　　(4)根据台架试验设备的工作频率特性及焊接转向架构架线路载荷的频谱特性，按照构架关键部位的疲劳损伤一致性原则，提出了以实测线路载荷低频部分的时域信号为基础的焊接构架台架试验载荷谱编制方法。采用该方法编制的载荷谱可尽可能多的保留线路载荷的特征，较现行标准在评估准确性方面具有明显优势。应用该方法编制了CRH380BJ型动车组动车构架的损伤一致性台架试验载荷谱，结果表明编制的载荷谱能够覆盖所有关注测点的实测疲劳损伤，并尽可能多的保留了实测线路载荷的基本特征。　　(5)提出了一种用于计算焊接转向架构架上复杂多样的线路载荷对构架疲劳损伤的影响程度的方法。该方法通过提取不同载荷在动应力响应耦合区各自的动应力响应分量，计算载荷缺失条件下与载荷完备条件下的结构等效应力比值或疲劳损伤比值，来量化对比各载荷对该区域疲劳损伤的影响程度，为将来更深入的载荷研究提供了新思路。将该方法在高铁车辆转向架、地铁车辆转向架的测试数据上进行了应用，验证了该方法具有良好的工程应用前景。
作者：	王萌
专业：	车辆工程
导师：	李强
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文