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考虑装配间隙的横梁吊挂系统疲劳损伤过程研究
| 论文题名： | 考虑装配间隙的横梁吊挂系统疲劳损伤过程研究 |
| 关键词： | 动车组;横梁吊挂系统;疲劳损伤;装配间隙 |
| 摘要： | 横梁作为动车组的主要承载部件之一，其作用是吊挂车下设备以保障车辆的正常运行。在加工、制造、安装、疲劳载荷以及复杂服役环境因素的综合作用下，在役横梁结构的局部区域往往会出现裂纹损伤，严重威胁到动车组的行车安全。因此，研究横梁系统的疲劳损伤过程对提高动车组的可靠性和安全性具有重要意义。 本文以牵引变压器和牵引变流器横梁吊挂系统为研究对象，系统分析各因素特别是装配间隙对横梁吊挂系统疲劳损伤过程的影响，探讨了疲劳损伤对横梁吊挂系统静动态特性的影响。论文具体研究内容包括: (1)分析横梁吊挂系统的结构特征和工作状态，结合工程中横梁吊挂系统出现的疲劳损伤问题，阐明了横梁疲劳损伤的机理，确定以变压器横梁吊挂系统和变流器横梁吊挂系统作为本文的研究对象，明确了影响横梁吊挂系统疲劳的主要影响因素有吊挂设备重量、吊挂螺栓预紧力以及系统装配间隙等。 (2)采用ABAQUS软件，分别建立单个横梁、横梁吊挂系统以及含装配间隙的横梁吊挂系统的有限元模型，通过静力学分析，确定了横梁的疲劳危险点位于横梁滑槽根部。仿真结果显示，横梁与吊挂设备吊耳之间的装配间隙是导致横梁危险点应力上升的主要因素，横梁滑槽根部最大主应力随着间隙增加而快速上升。参考横梁材料应力腐蚀门槛值，变压器最大允许装配间隙为3.15mm，变流器的最大允许间隙0.27mm。 (3)基于断裂力学理论研究装配间隙对横梁疲劳损伤过程的影响，分析了装配间隙对横梁滑槽裂纹尖端应力强度因子的影响规律，滑槽裂纹形式包括表面裂纹和贯穿裂纹。研究表明，当疲劳裂纹尖端靠近吊挂载荷作用区域，横梁裂纹尖端的应力强度因子随着间隙的增加而上升。随着裂纹长度增加，裂纹尖端远离吊挂载荷作用区域，装配间隙对裂纹尖端应力强度因子的影响逐渐减小。 (4)通过对无损伤和含损伤的横梁及横梁吊挂系统分别进行模态分析，研究了损伤对横梁及横梁吊挂系统动态特性的影响，结果表明:横梁及横梁吊挂系统固有频率随着裂纹长度的增加而逐渐下降，而对横梁的整体振型影响不大。对不同装配间隙的无损伤横梁吊挂系统分析显示，装配间隙对横梁吊挂系统的固有频率无影响。 |
| 作者： | 曹彬 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张瑞金 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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