基于多体动力学的快速地铁车辆一系钢圆弹簧振动特性分析

为了探究一系钢圆弹簧断裂机理,文中基于多体系统动力学,采用动力学仿真软件SIMPACK,建立了快速地铁车辆的动力学模型,仿真模拟了一系钢圆弹簧在不同激励状态下的振动位移,从钢轨波磨角度出发,对比分析钢轨打磨前后一系钢圆弹簧振动情况。结果表明,轨道不平顺幅值及车轮不圆度的增加会加剧一系钢圆弹簧的振动,在对钢轨进行打磨之后,快速地铁车辆一系钢圆弹簧在纵向、横向和垂向上振动位移的最大幅值得到了大幅度降低,有助于降低一系钢圆弹簧发生断裂的概率。

基于ANSYS/FE-SAFE的快速地铁车辆一系钢圆弹簧疲劳寿命分析

以某快速地铁车辆的一系钢圆弹簧为研究对象,开展疲劳寿命预测分析。通过有限元软件ANSYS建立一系钢圆弹簧模型,分析它在最大工作载荷下的应力分布;通过动力学分析软件SIMPACK建立快速地铁车辆模型,得出弹簧在纵向、横向和垂向振动位移时间历程;基于Miner线性疲劳损伤理论,以一系钢圆弹簧的应力和载荷谱为输入,结合疲劳寿命分析软件FE-SAFE对一系钢圆弹簧进行疲劳寿命计算。结果表明:快速地铁车辆一系钢圆弹簧第二圈内侧为应力最大部位,最大应力1294.19 MPa,疲劳寿命约为1945942次,符合某快速地铁车辆一系钢圆弹簧实际情况。

快速地铁车辆一系钢圆弹簧疲劳寿命分析

针对某城市快速地铁车辆转向架螺旋弹簧频繁出现断裂的问题,以该线路地铁车辆转向架弹簧为研究对象,建立三维模型。根据弹簧在实际工程中发生疲劳断裂的部位,分析弹簧模型在静强度下的受力,以验证弹簧模型的准确性。以实测位移载荷数据为基础建立载荷谱,根据载荷谱及材料的S-N曲线计算出不同工况下的一系钢圆弹簧最小疲劳寿命。通过改变弹簧参数求出不同参数下的最小疲劳寿命,以探究弹簧参数与最小疲劳寿命之间的关系,从而找出提高弹簧疲劳寿命的方法。

实测工况下快速地铁车辆一系弹簧疲劳寿命分析

针对一系钢圆弹簧的疲劳失效问题,文中以某城市地铁一系钢圆弹簧内簧为研究对象,首先,对内簧有限元模型进行静强度分析,结果表明:有限元分析结论与理论解相对误差不超过1.0%;其次,建立快速地铁动力学模型,以14 km实测轨道波磨数据为激励,仿真得到不同车轮状态-轨道激励匹配下的内簧振动位移-时间历程,运用雨流计数法将其转化为8级疲劳载荷谱;结合线性Miner疲劳损伤理论,预测出内簧的疲劳寿命。以AW3+工况为例,实测轨道谱-多边形轮状态下,内簧疲劳寿命为10万km,符合其实际运行寿命。研究结果表明:弹簧所受载荷工况、车轮及轨道状态、簧丝直径都是影响一系钢圆弹簧疲劳寿命的因素,对比分析不同工况下内簧的疲劳寿命值,在弹簧所受载荷工况和车轮状态相同时,实测轨道激励下内簧的最短疲劳寿命比新轨激励下的要短得多;当内簧处于实测轨道谱下,AW0工况下多边形轮的疲劳寿命值为新轮下的1/3;在车轮和轨道条件相同时,AW3+工况下疲劳寿命值为AW0工况下的1/385;最后,提出定期钢轨打磨、提高弹簧刚性和限制超载量等一系列减少一系钢圆弹簧内簧疲劳断裂的有效措施。