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低地板有轨电车弹性车轮优化设计与疲劳寿命研究
| 论文题名： | 低地板有轨电车弹性车轮优化设计与疲劳寿命研究 |
| 关键词： | 低地板有轨电车;弹性车轮;优化设计;疲劳寿命;结构刚度 |
| 摘要： | 低地板有轨电车因其成本较低、环保节能、运载量大等优点而在轨道交通行业中得到大量使用，但是因其运行环境大多处于市区或居民较多的地区，在行驶过程中会造成较大的噪音。由于在弹性车轮轮芯和轮毂之间设置的橡胶层能够有效减振和降噪，使得弹性车轮成为低地板有轨电车的重要部件，因此对弹性车轮进行结构优化设计和疲劳寿命预测具有重要意义。 本文采用仿真分析和试验测试方法，对低地板有轨电车弹性车轮开展结构优化设计与疲劳寿命研究。主要研究内容与研究结果如下： 1.概述了弹性车轮的研究背景和发展状况，并简要介绍了弹性车轮的分类及国内外研究现状，同时介绍了本文的研究思路。 2.简要介绍了橡胶材料的本构模型和橡胶材料的疲劳分析方法，构建了弹性车轮有限元模型，并对弹性车轮结构进行有限元数值仿真分析，数值计算结果表明，弹性车轮的疲劳寿命不符合设计要求，需要对原结构进行优化设计。 3.基于正交数值试验与Sobol方法，提出了一种改进的敏度分析方法，分析橡胶元件材料与结构参数对弹性车轮刚度和橡胶元件疲劳寿命的影响；采用SPSS软件，对计算结果进行方差分析，考察橡胶元件结构参数对弹性车轮刚度和橡胶元件疲劳寿命的影响规律，结果表明橡胶元件厚度对结构刚度有显著影响，而橡胶元件装配高度对结构名义应变的影响最大。 4.应用Isight软件，对弹性车轮进行参数优化设计。建立二阶响应面数学模型，以橡胶元件的最小应变为目标函数，利用多岛遗传算法对刚度约束条件下的弹性车轮橡胶元件进行单目标多因素优化设计，结果表明优化结构疲劳寿命是原结构疲劳寿命的1.3倍，优化结构符合设计疲劳寿命要求。 5.在疲劳试验机上对优化弹性轮进行强度和疲劳寿命试验，验证弹性车轮结构模型有限元数值模拟结果的有效性，结果表明有限元数值模拟得到的刚度曲线与试验刚度曲线吻合较好，弹性车轮的试验疲劳寿命达到450万次，满足服役疲劳寿命要求；采用UIC510-5标准，对优化弹性车轮的强度和疲劳寿命进行仿真分析验证，结果表明在直线、曲线和道岔三种工况下，弹性车轮的强度与服役疲劳寿命均能满足设计要求。 |
| 作者： | 叶杜恒 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 赵荣国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湘潭大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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