基于刚柔耦合动力学的高速列车转向架构架振动疲劳研究

构建了考虑转向架构架高频柔性的刚柔耦合动力学模型,结合模态应力恢复方法实现了考虑轨道激励的转向架构架动应力求解。基于该模型,提出一种基于典型服役模式扫频激励的转向架构架动态薄弱位置识别方法,研究了转向架构架薄弱位置动应力在典型服役工况下的应力特征和各特征工况损伤;最后,结合京广线路分布特征,研究了转向架构架薄弱位置的损伤。结果表明:基于典型服役模式扫频激励识别的结构动态薄弱位置,能够包含传统准静态方法识别的静态薄弱位置,同时可以识别薄弱位置的敏感频带;曲线半径对转向架关键位置损伤具有显著影响,随着曲线半径的减小损伤显著增大;考虑京广线曲线和直线分布特征,计算得到的转向架构架关键位置损伤满足1200万公里设计寿命的要求。

基于模态法的高速列车车体关键位置应力谱及寿命评估研究

基于刚柔耦合理论,建立了考虑车体高频弹性振动的高速列车刚柔耦合动力学模型,利用模态应力恢复法对服役条件下车体关键位置动应力进行了求解。通过扫频激励方法模拟了车辆典型服役模式,识别了典型服役工况下车体动态薄弱位置。进一步研究了车体动态薄弱位置在不同轮轨匹配等效锥度下的特征应力谱。基于京广线线路条件仿真分析了不同轮轨匹配锥度状态下车体关键位置应力谱,并研究了不同应力谱编制方式对车体寿命评估的影响。结果表明:基于扫频激励方法的车体结构动态薄弱位置识别方法,可以有效识别车体结构动态薄弱位置;轮轨匹配等效锥度在镟修周期的动态演变会导致车辆稳定性下降,从而可以显著增大车体关键位置动应力幅值。因此,在车体结构关键位置寿命评估中,考虑轮轨关系动态演变对车辆关键部位应力谱的影响具有至关重要的意义。

高速列车车体动态薄弱位置及特征应力谱研究

为了研究高速列车车体的动态薄弱位置及服役条件下薄弱位置应力谱特征,基于车辆系统动力学、有限元理论和刚柔耦合理论,建立了8编组的高速列车高频刚柔耦合动力学模型。基于模态应力恢复法,利用反映服役模式的轮轨扫频激励,研究并识别了车体服役条件下的动态薄弱位置。通过该模型,进一步研究了车体动态薄弱位置处的应力谱特征,分析了不同运营速度和不同曲线半径对特征应力谱的影响。结论表明:车体的动态薄弱位置主要集中在窗角、门框、枕梁、牵引梁与枕梁交接等部位,其对车体一阶垂弯、车体一阶扭转、车体顶棚和侧墙局部高频模态较为敏感。随着车辆运营速度的增加和曲线半径的减小,由于车体模态振动加剧,车体动态薄弱位置的应力幅值显著增加。

高速列车车轮多边形磨耗对轮轨力和转向架振动行为的影响

列车车轮多边形磨耗会显著加大轮轨相互作用力和转向架关键部件振动幅度,恶化车辆系统和轨道部件的工作环境,严重时将会威胁到行车安全。基于三维车辆-轨道耦合动力学模型,用谐波叠加法模拟车轮多边形磨耗,作为车辆轨道耦合动态行为分析时的激励输入,计算车轮多边形磨耗阶次、车辆运行速度和运行里程对轮轨力的影响,并分析车轮多边形磨耗与轮轨力之间的相位关系;建立转向架系统高频振动全有限元模型,以时域轮轨力作为模型输入,分析车轮多边形磨耗参数对转向架轴箱、构架振动响应的影响。计算结果显示,随着列车运行速度、车轮多边形磨耗幅值和阶数的提高,轮轨垂向作用力波动范围和转向架振动响应均会显著增大。所得的结果可为高速列车车轮多边形形成的机理和抑制措施的进一步研究提供参考和指导。