DBC 9600kW交流传动电力机车车体强度及疲劳寿命综合评价

论文摘要

近20年来,尽管我国铁路处于高速发展时期,但是铁路运力仍然远远不能满足我国社会经济发展的需求。为进一步加快我国铁路建设的发展速度,目前我国已经进入一个高速、重载铁路大发展的关键时期。车体结构是电力机车的重要承载部件,在高速与重载机车车辆的设计制造中,车体的结构强度分析与疲劳寿命评价是不可缺少的重要工作。在我国铁路既有车辆的改造和新型车辆的研发中,疲劳断裂的事故仍然不断发生。这说明机车车辆疲劳可靠性分析方法本身与实际有很大的差距,因此对于高速重载机车车辆疲劳可靠性评价方法的研究及其疲劳评价是一项迫切的重要研究课题。本文首先借鉴国内外车体结构技术标准及重载电力机车的设计要求,提出更为符合实际情况的机车车体强度分析的工况条件,并使用有限元法进行刚度、强度分析及结构合理性的评价;其次,根据计算结果和潜在的问题,对车体结构提出具体的改进建议。对于机车车体疲劳强度与可靠性评价,首先考虑静强度工况下和欧标EN12663疲劳载荷条件下的应力较大部位的应力幅,分析确定可能发生疲劳破坏的危险部位;然后针对应力幅较大的危险部位,进一步分析其几何结构细节和焊接接头型式等焊接结构与工艺特点,从而分析判断其疲劳破坏的可能性。对于研究发现的危险部位,提出合理的改善措施。结构强度分析结果表明,车体结构存在工作应力过大的不合理部位;而所提出的结构改进方案,既满足了车体结构强度和刚度的要求,同时又有效地减轻了车体的自重。针对可能发生疲劳破坏的危险部位的研究发现,确实存在发生疲劳断裂危险性很高的部位,并提出了相应的防治措施。研究结果不仅对DBC 9600kW交流传动电力机车的设计制造提供重要的依据,同时对于机车车辆的疲劳寿命评价方法的研究也具有重要的理论指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 重载运输的发展状况
• 1.1.2 重载机车的发展现状
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 本文研究内容及意义
• 本章小结
• 第二章 车体结构分析的有限元法
• 2.1 引言
• 2.2 有限元法结构分析理论
• 2.2.1 结构的离散化
• 2.2.2 位移模式的选择
• 2.2.3 单元力学特性的分析
• 2.2.4 等效节点力的计算
• 2.2.5 建立结构的平衡方程
• 2.2.6 约束处理并求整体刚度方程
• 2.2.7 计算单元应力并整理计算结果
• 本章小结
• 第三章 疲劳理论概述
• 3.1 概述
• 3.2 疲劳相关术语
• 3.3 影响疲劳强度因素
• 3.4 疲劳累积损伤理论
• 3.5 疲劳强度设计的安全准则
• 3.6 抗疲劳设计方法
• 3.7 焊接结构的疲劳问题
• 3.7.1 焊接结构疲劳失效的原因
• 3.7.2 影响焊接结构疲劳强度的因素
• 本章小结
• 第四章 电力机车车体结构的设计及静强度分析
• 4.1 静力学基础
• 4.2 有限元建模中的一些考虑
• 4.3 车体结构的标准比较
• 4.3.1 标准介绍
• 4.3.2 主要标准比较
• 4.4 车体结构简介
• 4.5 车体结构有限元模型的建立
• 4.6 载荷的定义
• 4.6.1 载荷的施加
• 4.6.2 工况的选取
• 4.7 计算结果及分析
• 4.7.1 刚度评定
• 4.7.2 强度评定
• 4.7.3 改进方案的计算及结构分析
• 4.7.4 不同侧墙板厚的计算及结果分析
• 本章小结
• 第五章 电力机车车体的疲劳寿命评价
• 5.1 概述
• 5.2 疲劳载荷工况
• 5.3 计算结果及分析
• 5.4 疲劳寿命评价
• 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