典型振动对车辆结构动应力的影响

论文摘要

随着铁路货运向重载方向的发展,我国开行了2万吨重载大秦线路。C80B型敞车为大秦线专用运煤敞车,运营过程中车体钢结构过早的出现破损问题,车体关键部位的疲劳开裂现象明显增加,如：车体枕梁内侧、上心盘顶面与中梁内侧顶面、侧柱与侧板相交处等关键部位出现裂纹,其主要原因为车辆运行过程中的振动造成的疲劳破坏。车辆振动时的大部分能量集中在低频振动,也就是车体浮沉、滚摆、点头、摇头等基本型式的典型振动组合的复杂振动。这就有必要考虑车辆运行过程中的典型振动对车体动应力的影响问题。从目前研究情况看,对车辆垂向力的研究大多单纯停留在静态分析水平,很少考虑车辆的典型振动对车体动应力的影响问题。车辆在实际运行中主要受轨道不平顺的激励,它是产生车辆各种振动的主要根源。轨道垂向不平顺会引起车辆的点头振动和滚摆振动,同时又会引起轮重波动,不但增大轮轨垂向力和车体垂向加速度,而且影响线路的稳定性,降低运行的平稳性与安全性。因此,本文从垂向激励引起的典型振动入手,采用结构动力学理论和有限元分析技术,建立了C80B型敞车整车有限元模型,以轨道垂向不平顺作为动力学边界条件,模拟计算车辆在不同轨道激励频率下发生的典型振动,并进行动响应计算,获得车体关键部位的位移-时间历程、动应力-时间历程、加速度-时间历程。分析车辆振动过程中车体的动应力分布规律及关键点的部位,且与静态应力进行对比,然后根据波长和频率的对应关系,通过改变激励波长设计不同频率的轨道不平顺,进一步探讨轨道激励频率对结构动应力和车体中心加速度的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 课题的研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 本章小结
• 第二章 基本理论及软件介绍
• 2.1 动力学基本理论
• 2.1.1 单自由度体系的动力问题
• 2.1.2 多自由度体系的动力问题
• 2.1.3 车辆系统的振动
• 2.2 有限元理论
• 2.3 I-DEAS软件介绍
• 本章小结
• 第三章 整车结构介绍及模型建立
• B型敞车整车结构简介'>3.1 C80_B型敞车整车结构简介
• 3.1.1 车体结构简介
• 3.1.2 转向架结构简介
• 3.2 建立整车结构模型
• 3.3 设计激励模型
• 3.3.1 模态分析
• 3.3.2 激励模型设计
• 本章小结
• 第四章 振动过程动响应分析
• 4.1 点头振动过程动响应分析
• 4.1.1 车体位移分析
• 4.1.2 加速度分析
• 4.1.3 动应力分析
• 4.2 滚摆振动过程动响应分析
• 4.2.1 车体位移分析
• 4.2.2 加速度分析
• 4.2.3 动应力分析
• 4.3 动应力随激励频率的变化关系
• 4.3.1 车体关键部位动应力与激励频率关系
• 4.3.2 车体关键部位动载荷系数分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢