隨著我國鐵路重載運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展,鐵路貨車在運(yùn)用過程中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度問題日益突出。目前我國各型鐵路通用敞車數(shù)量共計約為43.6萬輛,占鐵路貨車總保有量46%以上。受集載工況與運(yùn)營條件的限制,各型鐵路通用敞車車體具有局部結(jié)構(gòu)不對稱的特點(diǎn),導(dǎo)致車體局部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的剛度突變。在運(yùn)用過程中,部分車體上剛度突變部位的焊縫連接處出現(xiàn)了疲勞裂紋,且其壽命遠(yuǎn)低于車體的設(shè)計壽命。因此,有必要對鐵路通用敞車車體的疲勞強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行深入研究,確立較為合理的車體疲勞強(qiáng)度評價方法與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法,為車體抗疲勞設(shè)計提供理論支持,從設(shè)計源頭,提高通用敞車車體疲勞可靠性,降低檢修成本。目前,我國鐵路貨車車體疲勞強(qiáng)度評價采用的載荷譜主要參照美國AAR標(biāo)準(zhǔn)載荷譜與大秦線實測載荷譜,焊接接頭的疲勞性能參數(shù)主要參照AAR標(biāo)準(zhǔn)、英國BS標(biāo)準(zhǔn)、國際焊接學(xué)會IIW標(biāo)準(zhǔn),但采用傳統(tǒng)方法對C80E型敞車車體疲勞強(qiáng)度評估的仿真結(jié)果與實際運(yùn)用情況相差較大�；诖�,本文在中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目“27t軸重通用貨車關(guān)鍵技術(shù)研究”支持下,以C80E型通用敞車車體為研究對象,對車體上典型焊接接頭的樣件進(jìn)行了疲勞試驗,... 

【文章來源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：153 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 選題背景與工程意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 結(jié)構(gòu)疲勞研究現(xiàn)狀
        1.2.2 車體疲勞強(qiáng)度評價研究現(xiàn)狀
        1.2.3 車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
    1.4 本文技術(shù)路線
2 車體用主型鋼焊接接頭疲勞性能研究
    2.1 基于小子樣的P-S-N曲線擬合方法研究
        2.1.1 S-N曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式及基本假設(shè)
        2.1.2 疲勞壽命等效原理
        2.1.3 樣本信息重構(gòu)方法
        2.1.4 基于小子樣的P-S-N曲線擬合方法
        2.1.5 P-S-N曲線延拓方法
    2.2 車體用主型鋼焊接接頭疲勞試驗
        2.2.1 車體用主型鋼材料化學(xué)成分與力學(xué)性能
        2.2.2 疲勞試驗
        2.2.3 疲勞試驗結(jié)果分析
    2.3 典型焊接接頭的P-S-N曲線擬合及延拓
        2.3.1 T型接頭的P-S-N曲線擬合及延拓
        2.3.2 搭接接頭的P-S-N曲線擬合及延拓
    2.4 本章小結(jié)
3 車體關(guān)鍵焊縫應(yīng)力分布及其與結(jié)構(gòu)的相關(guān)性研究
    3.1 基于均方差加權(quán)應(yīng)力修勻方法
        3.1.1 單元的最佳應(yīng)力點(diǎn)
        3.1.2 單元應(yīng)力修勻方法
        3.1.3 加權(quán)應(yīng)力修勻方法
        3.1.4 基于均方差加權(quán)的應(yīng)力修勻方法
    3.2 C80E車體結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)
        3.2.1 C80E型敞車用途及車體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
        3.2.2 車體關(guān)鍵焊縫定義
        3.2.3 主要性能參數(shù)及材料特性
    3.3 車體有限元模型及加載方式
        3.3.1 車體有限元模型
        3.3.2 載荷及加載方式
    3.4 關(guān)鍵焊縫應(yīng)力分布分析
        3.4.1 大橫梁焊縫應(yīng)力分布
        3.4.2 枕梁焊縫應(yīng)力分布
    3.5 局部不對稱結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵焊縫應(yīng)力相關(guān)性研究
        3.5.1 兩條大橫梁焊縫應(yīng)力分布曲線在各模型中的定義
        3.5.2 車體局部模型選取
        3.5.3 大橫梁焊縫應(yīng)力分布簇研究
        3.5.4 大橫梁焊縫關(guān)鍵部位應(yīng)力研究
        3.5.5 基于皮爾遜相關(guān)系數(shù)的相關(guān)性分析
        3.5.6 基于復(fù)相關(guān)系數(shù)的相關(guān)性分析
    3.6 本章小結(jié)
4 車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法研究
    4.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型與尋優(yōu)方法
        4.1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型
        4.1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的尋優(yōu)方法
    4.2 MPSO-BP優(yōu)化算法
        4.2.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
        4.2.2 MPSO優(yōu)化算法
        4.2.3 MPSO-BP優(yōu)化算法
        4.2.4 MPSO-BP優(yōu)化算法性能測試
    4.3 車體結(jié)構(gòu)設(shè)計策略及優(yōu)化方法研究
        4.3.1 車體結(jié)構(gòu)設(shè)計策略優(yōu)化
        4.3.2 車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法
    4.4 C80E型通用敞車車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        4.4.1 車體結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化
        4.4.2 內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)座結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        4.4.3 大橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    4.5 本章小結(jié)
5 基于結(jié)構(gòu)剛度突變應(yīng)力梯度方法的車體疲勞強(qiáng)度評價
    5.1 車體疲勞強(qiáng)度評價基本理論及方法
        5.1.1 名義應(yīng)力評定方法
        5.1.2 疲勞累積損傷理論
        5.1.3 車體疲勞評估方法
    5.2 基于結(jié)構(gòu)剛度突變的應(yīng)力梯度方法
        5.2.1 結(jié)構(gòu)剛度突變應(yīng)力梯度路徑的定義
        5.2.2 結(jié)構(gòu)剛度突變的應(yīng)力梯度方法
    5.3 C80E車體裂紋統(tǒng)計分析
        5.3.1 大橫梁焊縫裂紋統(tǒng)計
        5.3.2 車體裂紋概率分析
    5.4 基于實測應(yīng)力譜的車體疲勞強(qiáng)度評估
        5.4.1 測試方案
        5.4.2 測點(diǎn)布置
        5.4.3 數(shù)據(jù)信號處理
        5.4.4 動應(yīng)力測試結(jié)果分析
    5.5 車體疲勞強(qiáng)度評價
        5.5.1 基于載荷譜的疲勞強(qiáng)度評價方法
        5.5.2 疲勞損傷分析
    5.6 載荷譜損傷一致性校準(zhǔn)研究
        5.6.1 載荷譜損傷一致性準(zhǔn)則
        5.6.2 載荷譜損傷一致性校驗
        5.6.3 載荷譜損傷一致性校準(zhǔn)方法
        5.6.4 結(jié)果分析
    5.7 車體疲勞壽命評估
    5.8 本章小結(jié)
6 車體關(guān)鍵部位應(yīng)力強(qiáng)度因子與疲勞裂紋擴(kuò)展速率研究
    6.1 線彈性斷裂力學(xué)基本理論
        6.1.1 裂紋擴(kuò)展類型
        6.1.2 裂紋尖端區(qū)域的應(yīng)力場和位移場
        6.1.3 應(yīng)力強(qiáng)度因子
        6.1.4 基于能量法的應(yīng)力強(qiáng)度因子有限元求解
    6.2 車體裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子研究
        6.2.1 車體簡化有限元模型的建立
        6.2.2 計算結(jié)果分析
    6.3 車體裂紋擴(kuò)展速率研究
        6.3.1 復(fù)合型裂紋的擴(kuò)展準(zhǔn)則
        6.3.2 復(fù)合型疲勞裂紋擴(kuò)展速率模型
        6.3.3 有限元仿真分析
    6.4 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 論文的主要結(jié)論
    7.2 論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 研究工作展望
參考文獻(xiàn)
作者簡歷及攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于正交設(shè)計與GA-BP算法的鐵路貨車車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]. 劉文飛,劉志明,胡偉鋼,張良,田迎利.  鐵道學(xué)報. 2019(05)
[2]基于均方差應(yīng)力修勻的大橫梁焊縫疲勞損傷評估[J]. 劉文飛,劉志明,許昶,祁晨宇.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報. 2019(05)
[3]C80E車體局部不對稱結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵焊縫應(yīng)力分布相關(guān)性研究[J]. 劉文飛,劉志明,林莉,薛利.  北京交通大學(xué)學(xué)報. 2018(06)
[4]基于樣本信息重構(gòu)的小子樣P-S-N曲線擬合方法[J]. 劉文飛,劉志明,薛海,賈裕祥.  鐵道學(xué)報. 2018(07)
[5]高速列車車體的靈敏度分析及輕量化設(shè)計[J]. 高月華,石曉飛,謝素明,杜禮明.  鐵道科學(xué)與工程學(xué)報. 2017(05)
[6]城軌列車轉(zhuǎn)向架鋁合金焊接枕梁的抗疲勞設(shè)計[J]. 劉志明,張冉,連青林.  北京交通大學(xué)學(xué)報. 2017(01)
[7]一種考慮應(yīng)力梯度的疲勞壽命預(yù)測方法[J]. 申杰斌,唐東林.  中國機(jī)械工程. 2017(01)
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博士論文
[1]鐵路貨車車體疲勞試驗方法及關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 于躍斌.北京交通大學(xué) 2018
[2]基于實測載荷譜的重載貨車車鉤疲勞可靠性研究[D]. 薛海.北京交通大學(xué) 2017
[3]基于疲勞損傷累積理論的結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測與時變可靠性分析方法研究[D]. 彭兆春.電子科技大學(xué) 2017
[4]城際動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架載荷譜研究[D]. 鄒驊.北京交通大學(xué) 2016
[5]高速列車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)損傷一致性載荷譜理論研究[D]. 朱寧.北京交通大學(xué) 2016
[6]基于混合智能算法的結(jié)構(gòu)可靠性分析與優(yōu)化設(shè)計[D]. 鄭燦赫.吉林大學(xué) 2015
[7]鐵路貨車車體載荷譜測試及疲勞強(qiáng)度評價研究[D]. 趙方偉.北京交通大學(xué) 2015
[8]高速列車外形多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 趙懷瑞.北京交通大學(xué) 2012
[9]鐵路重載貨車結(jié)構(gòu)分析方法研究[D]. 姚曙光.中南大學(xué) 2010
[10]基于相關(guān)性的框架節(jié)點(diǎn)半剛性分析方法研究[D]. 潘建榮.汕頭大學(xué) 2009

碩士論文
[1]鐵道車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架疲勞壽命及損傷容限評價[D]. 段浩.西南交通大學(xué) 2018
[2]高速動車組車體鋁合金橫梁疲勞裂紋擴(kuò)展研究[D]. 韋青山.北京交通大學(xué) 2018
[3]基于改進(jìn)粒子群算法的動車組車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究[D]. 劉漢文.北京交通大學(xué) 2017
[4]C80貨車車體損傷容限研究[D]. 蔡世超.北京交通大學(xué) 2016
[5]C80E型通用敞車車體大橫梁焊縫裂紋研究[D]. 雷恩強(qiáng).北京交通大學(xué) 2016
[6]基于線路試驗的C80車體結(jié)構(gòu)載荷譜與動應(yīng)力響應(yīng)分析[D]. 趙一嬌.北京交通大學(xué) 2015
[7]基于擴(kuò)展有限元法的復(fù)合（Ⅰ-Ⅱ）加載條件下CTS疲勞裂紋擴(kuò)展行為研究[D]. 賀紅凱.南昌大學(xué) 2014
[8]重載貨車車體強(qiáng)度可靠性研究[D]. 于建東.大連交通大學(xué) 2013
[9]鐵路貨車車體優(yōu)化設(shè)計及焊縫疲勞壽命預(yù)測[D]. 段麗芳.大連交通大學(xué) 2010
[10]大秦線2萬噸重載列車車鉤縱向載荷譜的試驗研究及應(yīng)用[D]. 黃倩.北京交通大學(xué) 2010



本文編號：2908587