軌道車輛在運(yùn)行中,車體、轉(zhuǎn)向架等部位在實(shí)際線路上所承受到連續(xù)的隨機(jī)載荷,承載構(gòu)件在這種隨機(jī)載荷的長(zhǎng)期作用下則會(huì)產(chǎn)生疲勞損傷,而當(dāng)這種累積損傷達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)導(dǎo)致承載構(gòu)件的疲勞破壞,產(chǎn)生裂紋,進(jìn)而會(huì)嚴(yán)重危及車輛的行車安全。鐵路貨車在運(yùn)用中,由隨機(jī)交變載荷導(dǎo)致的承載結(jié)構(gòu)疲勞斷裂是車輛的主要失效模式。載荷譜是承載結(jié)構(gòu)在運(yùn)用過(guò)程中所承受的典型隨機(jī)交變載荷大小和頻次的統(tǒng)計(jì)表示,它是進(jìn)行結(jié)構(gòu)部件疲勞壽命評(píng)估、確定裂紋損傷維修周期的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù),隨著列車運(yùn)行速度的提髙和列車總重量的増加,列車結(jié)構(gòu)部件的受載情況變得更加惡劣,這就對(duì)機(jī)車車輛的疲勞強(qiáng)度提出新的要求。開展基于實(shí)測(cè)載荷譜的重載貨車部件服役疲勞壽命研究具有重要的意義,將為開展重載貨車換件修和狀態(tài)修提供指導(dǎo)和依據(jù)。

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2搖枕與側(cè)架線路載荷實(shí)測(cè)及載荷譜編制

2.1線路試驗(yàn)

為了工程設(shè)計(jì)需要,專門制作了測(cè)力心盤和測(cè)力旁承,在使用過(guò)程中,這兩個(gè)部件要安裝在專用測(cè)力搖枕上。列車垂直方向的載荷基本都由心盤來(lái)承受,在車輛行駛過(guò)程中,車輛常常發(fā)生側(cè)滾運(yùn)動(dòng),這就使實(shí)際載荷的作用點(diǎn)向心盤外側(cè)發(fā)生偏離,而這種載荷的偏心將會(huì)對(duì)車體產(chǎn)生一個(gè)較大的翻轉(zhuǎn)力矩。由此可見(jiàn),心盤載荷的大小和等效作用位置你必不可少的兩個(gè)物理量:,在測(cè)量過(guò)程中可根據(jù)力學(xué)原理,利用一組傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。旁承主要受到垂向載荷的作用,但是與心盤不一樣,旁承的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)比較復(fù)雜,這就導(dǎo)致了旁承的等效載荷并不是作用于其中這就要求所用傳感器能夠準(zhǔn)確的測(cè)試出旁承的垂向載荷。

2.2數(shù)據(jù)處理

通常所說(shuō)的計(jì)數(shù)法其實(shí)就是對(duì)隨機(jī)載荷(應(yīng)力)隨時(shí)間變換的規(guī)律進(jìn)行合理的分析與計(jì)算,并能從中探究出可以參考的數(shù)學(xué)模型。在實(shí)際工程中,從一定程度而言,實(shí)際測(cè)量的載荷譜將直接影響對(duì)疲勞壽命的估算,然而,計(jì)數(shù)方法會(huì)直接影響實(shí)際測(cè)量的載荷譜,其內(nèi)部存在一定的定性,即便處理同一個(gè)載荷數(shù)據(jù)如果選擇的計(jì)數(shù)方法不同,則由此編制出的載荷應(yīng)力譜也具有很大的區(qū)別。在現(xiàn)在的設(shè)計(jì)中,疲勞問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注,而且在近幾年,關(guān)于疲勞損傷的機(jī)理探究、疲勞的分析方法等領(lǐng)域都有很大的發(fā)展,因此各種各樣的計(jì)數(shù)方法相繼涌現(xiàn),并在工業(yè)和設(shè)計(jì)當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度對(duì)計(jì)數(shù)方法進(jìn)行劃分,其大概可以分為兩類,分別是單參數(shù)法和雙參數(shù)法,兩種方法各有所長(zhǎng)又各有齡端。(1)單參數(shù)的計(jì)數(shù)法是指在實(shí)際運(yùn)用時(shí),只記錄分析載荷循環(huán)過(guò)程中的某一個(gè)參數(shù),比如平均值或者幅值,然后根據(jù)該參數(shù)進(jìn)行合理的研究與計(jì)數(shù)。該方法具有很大的缺陷,因?yàn)槌怂涗浀膮?shù)外,載荷循環(huán)過(guò)程中的其他參數(shù)與信息都不能獲得,將影響計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。

3轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架搖枕和側(cè)架的疲勞薄弱部位分析.........37

3.1轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架搖枕和側(cè)架有限元分析......38
3.2轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架搖枕和側(cè)架裂紋調(diào)研......46
4裂紋擴(kuò)展因素及應(yīng)力強(qiáng)度因子......57
4.1裂紋的宏觀表現(xiàn)方式......57
4.2應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算方法......57
4.3裂紋擴(kuò)展的影響因素......63
5搖枕、側(cè)架裂紋擴(kuò)展規(guī)律與擴(kuò)展壽命......73
5.1裂紋擴(kuò)展的一般規(guī)律......73
5.2不同裂紋形狀對(duì)裂紋擴(kuò)展規(guī)律的影響......76

5搖枕、側(cè)架裂紋擴(kuò)展規(guī)律與擴(kuò)展壽命

5.1裂紋擴(kuò)展的一般規(guī)律

搖枕排水孔,最短的裂紋擴(kuò)展壽命為拍天,而敞車段修的周期為兩年或者40萬(wàn)公里,相對(duì)于檢修周期,搖枕排水孔裂紋的擴(kuò)展壽命太短,所以這個(gè)部位應(yīng)該盡量避免裂紋的產(chǎn)生,一旦出現(xiàn)裂紋應(yīng)當(dāng)立即維修或更換,要對(duì)此部位要進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。側(cè)架肉彎角的裂紋擴(kuò)展壽命為4-11年,大于檢修周期,可以允許小裂紋的存在。同時(shí)還可看出,當(dāng)裂紋深度在時(shí),裂紋的壽命占整個(gè)擴(kuò)展壽命的大部分,這說(shuō)明了裂紋擴(kuò)展時(shí)的壽命是主要分布在裂紋深度較小的區(qū)間內(nèi)的,因此在實(shí)際工程中需要盡量避免裂紋的產(chǎn)重、防止裂紋急劇擴(kuò)展;產(chǎn)生裂紋后,結(jié)構(gòu)還能運(yùn)用一定時(shí)間,為確保結(jié)構(gòu)的安全使用,檢修人員在實(shí)際運(yùn)用中可根據(jù)裂紋的擴(kuò)展壽命,制定合理的檢修周期,發(fā)現(xiàn)裂紋,確保行車安全。

5.2不同裂紋形狀對(duì)裂紋擴(kuò)展規(guī)律的影響

本章應(yīng)用損傷容限設(shè)計(jì)理論和斷裂力學(xué)方法,進(jìn)行搖枕、側(cè)架裂紋擴(kuò)展規(guī)律研究和擴(kuò)展壽命計(jì)算。(1)本章采用Paris公式建立了疲勞裂紋擴(kuò)展模型,結(jié)合己有裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子,分別研究了搖枕排水孔裂紋和側(cè)架導(dǎo)框內(nèi)彎角裂紋的擴(kuò)展規(guī)律。(2)研究了裂紋的擴(kuò)展壽命的計(jì)算方法,并分別計(jì)算了搖枕排水孔裂紋和側(cè)架內(nèi)彎角裂紋的擴(kuò)展壽命,根據(jù)擴(kuò)展壽命的計(jì)算結(jié)果可得知:在裂紋擴(kuò)展的初始階段,裂紋的擴(kuò)展速率比較低,但是隨若裂紋深度a的増大,裂紋的擴(kuò)展速率逐漸加快;同時(shí)形狀比a/C值越大,裂紋的擴(kuò)展壽命延長(zhǎng)。

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6結(jié)論與展望

在動(dòng)態(tài)載荷下服役,疲勞裂紋是其主要失效形式,本學(xué)位論文C80貨車轉(zhuǎn)向架線路實(shí)測(cè)的載荷譜為基礎(chǔ),采用損傷容限的研究方法對(duì)疲勞裂紋形成過(guò)程和裂紋擴(kuò)展規(guī)律及擴(kuò)展壽命等有關(guān)問(wèn)題開展初步研究,對(duì)保睹鐵路運(yùn)輸安全,節(jié)約制造成本具有重要意義,論文的主要結(jié)論歸納如下;(1)分析C80貨車搖枕、側(cè)架在典型線路運(yùn)行中測(cè)得的載荷數(shù)據(jù),運(yùn)用循環(huán)計(jì)數(shù)方法一雨流計(jì)數(shù)法,結(jié)合一維載荷譜編制思想和方法,并編制了神木北-黃興港一趟往返譜長(zhǎng)為164mm的十六級(jí)心盤載荷、旁承載荷和側(cè)架垂向載荷的一維幅值載荷譜和二維載荷譜,并進(jìn)行了載荷譜分析,得知各載荷的特性。(2)對(duì)裂紋故障貨車的搖枕、側(cè)架分別進(jìn)行了基于實(shí)測(cè)載荷的有限元計(jì)算和調(diào)研分析,一方面建立了搖枕、側(cè)架的三維模型,對(duì)搖枕、側(cè)架進(jìn)行了仿真分析,得到搖枕、側(cè)架的疲勞薄弱部位。另-方面,通過(guò)調(diào)研分析得知搖枕裂紋主要分布在排水孔、下表面盤、八字面和斜換植等部位,側(cè)架裂紋主要分布上梁和內(nèi)彎角處,并將仿真分析結(jié)果與調(diào)研結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,確定了后續(xù)進(jìn)行損傷容限研究的具體裂紋部位。

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參考文獻(xiàn)（略）

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本文編號(hào)：198732