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某型地铁车辆转向架构架疲劳强度优化
| 论文题名： | 某型地铁车辆转向架构架疲劳强度优化 |
| 关键词： | 地铁车辆;焊接构架;疲劳寿命;结构优化 |
| 摘要： | 随着我国经济水平不断提升，城市化推进速度越来越快，城市轨道交通在当今城市交通建设中所占比例越来越大。地铁车辆作为城市轨道交通系统中的重要组成部分，其运行的安全性受到广泛关注。转向架是地铁车辆的主要承力和牵引部件，是保证车辆运行安全可靠地重要组成。构架作为转向架核心承载结构，连接转向架上各种零部件，其性能好坏对车辆运行的安全性有着直接影响。为此，本文以某地铁车辆转向架构架为研究对象，对其开展强度和结构优化两方面研究。具体工作如下： （1）根据地铁车辆的技术要求，结合动力转向架的设计资料，建立含有焊缝的转向架构架有限元模型。根据UIC615-4标准运用Ansys软件开展超常载荷工况下构架静强度分析，并基于第四强度理论对计算结果进行评估。结果表明，超常载荷工况下构架最大等效应力值为198MPa，位于辅助纵梁与横向止档连接位置，未超出材料许用应力，构架静强度满足要求。为进一步获取构架的动力学特征，对构架进行模态分析。分析其除刚体模态外的前6阶固有频率和振型。结果表明，构架最低固有频率为34.34Hz，该频率远离其他系统的激励，能有效避免车辆在运行时发生共振。 （2）对构架进行疲劳强度分析。用准静态分析法获得构架单位载荷下的应力结果，选用UIC615-4标准载荷谱分三个阶段在N-code软件进行疲劳损伤计算。结果表明，构架辅助纵梁与横向止挡连接焊缝疲劳损伤最大，三阶段累积损伤为0.557，寿命为1.79×107次。选取损伤较大节点采用热点应力法进一步分析，得出三阶段最大累积损伤为0.542，疲劳寿命为1.84×107次，大于标准规定的1.0×107次。 （3）根据构架静强度以及疲劳强度分析结果，构架横向止挡位置焊缝频繁出现最大应力且疲劳损伤最大。采用子模型技术对构架辅助纵梁与横向止挡连接位置结构进行优化设计，采用拓扑优化的方法对新结构进行优化，最后对优化后的模型进行强度校核。结果显示，构架最大等效应力为170MPa，位于套筒与侧梁连接处，最大疲劳损伤位于转臂定位座与侧梁连接焊缝，损伤值为0.31，较原构架显著减少。 |
| 作者： | 徐世明 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 李刚;高伟东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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