受电弓瞬态冲击强度及随机振动疲劳寿命仿真分析

为研究受电弓在冲击振动条件下的结构动力学特性,开展受电弓瞬态冲击强度和随机振动疲劳寿命仿真分析。首先,构建受电弓有限元模型,施加冲击载荷计算瞬态冲击强度,分析不同阻尼比对受电弓冲击强度的影响。其次,施加ASD加速度谱密度谱作为激励,使用名义应力法计算受电弓随机振动疲劳寿命。最后,根据三区间法计算结果对两种方法进行普适性分析。结果表明:受电弓在冲击载荷下的最大应力小于材料屈服强度,并且较低的阻尼比即可满足瞬态冲击强度设计;各部件满足疲劳设计及耐久试验要求,建议使用三区间法-名义应力法的评估流程计算随机振动疲劳寿命。

两种典型地铁受电弓关键部位疲劳失效评价与研究

地铁受电弓在服役条件下承受着复杂的交变应力作用,容易产生疲劳失效,因此有必要对受电弓部件进行疲劳寿命评价。文章通过对两种典型受电弓进行动态应力测试,得到ATO工况下应力时程曲线,实测结果发现当接触网导线高度突变时,某些测点的应力会出现相应的突变,然后回归小幅振荡。文章首先采用雨流计数法对应力时程数据进行循环计数统计,然后用Goodman模型考虑载荷谱中平均应力的影响,并结合材料的外推P-S-N曲线及Miner法则对受电弓部件进行寿命预测。结果显示,A型受电弓的上下臂杆连接部位以及B型受电弓的上框架部位疲劳寿命相对较短,应考虑构件结构改进以提高寿命。

基于虚拟样机技术的高速弓网系统研究

虚拟样机技术的核心是参数化、可视化设计和综合性能分析。本文结合我国250km/h高速受电弓设计,应用虚拟样机技术,对铁路接触网-受电弓系统进行系统研究。在进行受电弓可视化三维实体设计的基础上,应用多体系统动力学软件SIMPACK和有限元计算软件ANSYS,进行了受电弓的几何分析及受电弓零部件的强度和刚度校核,计算了接触网振动模态和自振频率;运用结构子结构方法,建立了受电弓-接触网耦合系统模型,计算了不同模拟运行速度下的弓网振动和接触压力响应,以及机车运行振动对受流的影响;最后为了考核接触网的疲劳可靠性,进行了在运行条件下的接触网动应力研究。

基于虚拟样机技术的受电弓/接触网系统研究

结合受电弓的开发过程,把虚拟样机技术运用到受电弓/接触网系统的研究中。建立其从轨道、机车、受电弓到接触网三维仿真模型,重点分析了弓网耦合系统的动力学特性、轨道激励对弓网振动特性的影响以及接触网的动应力分析。通过应用虚拟样机技术,阐述了虚拟样机技术对研究弓网系统动态受流和开发高速受电弓的作用和优点。

基于受电弓框架模型的部件危险点动应力计算方法

针对有限元瞬态分析法在计算受电弓部件危险点动应力时存在耗时久、稳定收敛里程短的问题,提出基于受电弓框架模型的部件危险点动应力数值计算(PDSNA)方法。建立由杆件、质量块、弹簧和阻尼组成的受电弓框架模型,通过求解受电弓框架模型的运动微分方程,得到受电弓部件的运动参数,然后基于达朗贝尔原理推导的公式,计算部件规则截面上任意点的动应力;通过静强度仿真分析和数值拟合受电弓部件应力分布的规律,构建部件危险点与规则截面上任意点的应力映射关系,根据该应力映射关系由部件规则截面上任意点动应力外推得到危险点动应力。以V500型受电弓的部件危险点动应力计算为例,并与有限元瞬态分析法对比,验证PDSNA方法的有效性。结果表明:PDSNA方法不但与有限元瞬态分析法的计算结果吻合良好,而且在计算效率和计算样本容量上均有较大提高,可以实现长里程的受电弓部件危险点动应力计算。

高速动车组受电弓上臂横梁部件抗疲劳性能

通过动力特性试验分析了两种设计方案受电弓上臂横梁部件的抗疲劳性能.在动车组时速350km/h的情况下,测试了受电弓上臂横梁部件关键部位的动应力.对各个测点的应力时间历程进行统计,得到了相应的均值、方差、最大值和最小值.对比两种方案的动应力统计特征值表明,方案二上臂横梁的结构强度特性优于方案一.采用雨流计数法编制了各测点的八级应力谱,并采用Goodman公式进行了对称化修正.结合铝合金材料的S-N曲线,采用Miner线性累积损伤理论预测了两种横梁部件的疲劳寿命.对比结果表明,方案二受电弓横梁部件的疲劳寿命明显提高.

基于名义应力法的弹性链型接触网疲劳寿命预测

针对高速铁路弹性链型接触网进行接触线疲劳寿命预测分析.利用ANSYS,采用直接积分法对弓网耦合系统进行动态仿真,得到接触线的应力时程;运用雨流计数法得到离散的应力循环,采用应力修正算法得到平均应力为零的疲劳应力谱;通过简化方法估算获得材料S-N曲线,从而计算得到疲劳破坏次数;最终运用线性累积损伤理论预测接触线的疲劳寿命.对比分析接触线不同位置的疲劳寿命值,结果表明:接触线每跨疲劳寿命趋势一致;每跨在吊弦处和定位点处疲劳寿命较低,其中寿命最低值出现在左侧第一根吊弦处,疲劳寿命最低值为20 a左右.结果可为高速铁路弹性链型接触网接触线的实际施工维护和更换周期的确定提供参考.

8G型电力机车受电弓的静接触压力曲线及安全保护设计分析

对８Ｇ型电力机车受电弓的静接触压力曲线进行了解析分析，得出了设计指标和实测结果相符合的解析表达式和图示曲线，并探讨了弓架安全保护设计问题．

受电弓拉杆断裂失效分析

采用微观扫描及金相检验等方法对受电弓拉杆断裂的原因进行了分析。结果表明,受电弓拉杆断裂是由于承受着拉应力和焊接残余应力,导致拉杆过早的产生疲劳和应力腐蚀断裂。

基于小波包分析的城轨车辆受电弓实测动应力研究

为研究受电弓应力变化并预估受电弓实际寿命,在上海地铁1号线和11号线实际运营线路上,开展受电弓动应力实测研究。通过受电弓动应力实测数据归纳和剪裁,获得动应力环境试验谱,采用雨流计数法分析评估了受电弓疲劳寿命。为避免传统去噪算法易将部分真实动应力信号视为噪声,从而导致动应力信号能量损失,采用小波包分析(Wavelet Packet Analysis)法对获取的受电弓动应力信号进行多层次高频和低频分解,并对分解所得系数进行阈值处理,有效地去除动应力信号中的真实噪声,结果表明:小波包法能明显改善受电弓动应力去噪性能-信噪比SNR和根均方误差RMSE,且在不同噪声水平下的去噪性能均优于传统去噪算法;既能有效去除受电弓动应力谱中的噪声成分,亦能保留动应力信号细节特征。

有轨电车受电弓弹簧的断裂失效分析

某有轨电车顶部受电弓弹簧在车辆正常行驶过程中发生断裂。为了分析断裂的原因,应用扫描电镜、能谱仪、光学显微镜、直读光谱分析仪对该弹簧进行了宏观检查、断口扫描、显微组织检测、化学成分等分析,同时还进行了硬度梯度试验。结果表明:弹簧服役过程中承受拉应力作用,同时服役环境中存在腐蚀性介质,同时满足应力条件与介质条件,结合断口微观形貌判定该弹簧失效模式为应力腐蚀断裂。