上海轨道交通车辆转向架构架裂纹原因及其扩展寿命分析

[目的]针对上海轨道交通车辆某型转向架构架齿轮箱悬挂座出现裂纹的问题,分析裂纹发生原因并计算其可扩展寿命。[方法]对裂纹部位切割取样后进行断口和金相分析,确定裂纹发生原因;建立该型转向架构架有限元模型,对构架静强度进行仿真计算,并计算裂纹处的应力值;基于断裂力学中的Paris公式计算该裂纹会发生快速扩展的临界长度,以及当前状态下扩展至临界长度的残余寿命;提出了相应的使用和维保策略。[结果及结论]该构架裂纹为焊接缺陷引发的疲劳裂纹,并扩展到了母材上;该裂纹处的设计强度满足要求;母材处裂纹的临界长度较短,扩展寿命较为有限。为避免该问题发生,构架制造时应加强检查,确保焊接质量;对有裂纹的构架在采取严密监控前提下可有条件使用,并尽快择机更换;对裂纹扩展至母材上的构架,须立即进行更换。

地铁转向架构架运用载荷与疲劳损伤特征研究

地铁转向架构架在未达到服役寿命时,频繁出现疲劳裂纹,导致其疲劳可靠性不足。表明在一定程度上,构架采用的疲劳可靠性设计规范未能覆盖真实运营环境,有必要开展实际运营条件下的构架载荷、损伤研究。通过线路测试采集构架动载荷与动应力信号,分析构架载荷动态特性和损伤状况。结果表明,构架载荷与线路条件及列车运行状态密切相关,列车启停、站前站后短曲线线路等导致构架承受幅值较大、频次较高的动态载荷;主体载荷能量在10 Hz以内,电机吊座载荷存在51 Hz能量;曲线线路造成的疲劳损伤普遍大于直线线路;载客量对构架损伤有一定影响。研究结果对掌握在不同运行和线路工况下的地铁转向架构架动态载荷特征和疲劳损伤特性,并开展满足运用安全的抗疲劳优化改进具有重要的工程意义。

动车转向架构架齿轮箱吊座应变疲劳寿命研究

上海地铁1号线动车在使用几年后其转向架构架齿轮箱吊座就开始产生裂纹。根据裂纹萌生部位的线路实测应力,采用应变疲劳寿命分析方法对构架齿轮箱吊座进行了疲劳寿命计算。缺口疲劳系数是影响疲劳寿命的主要因素。

西安地铁车辆转向架构架静强度与疲劳强度分析

针对西安地铁车辆转向架构架,从模拟计算上得到构架关键部位的等效应力。参照UIC规程对构架的静强度和疲劳强度进行了评定,最终确定其是否满足强度要求。计算结果表明,构架各关键点计算的等效应力小于其材料的许用应力,为工业生产的安全性提供了理论参考依据。

基于虚拟样机技术的地铁车辆构架疲劳寿命仿真

在计算机的虚拟环境下,以计算机辅助设计(CAD)、有限元法(FEM)和多体系统动力学分析(MBSDS)为手段,通过数值仿真计算,得到单位载荷作用下地铁车辆构架的应力应变分布。根据准静态叠加法,结合构架的载荷—时间历程和材料特性曲线,运用疲劳分析软件(FE-FATIGUE)预测构架的疲劳寿命,找出了构架的薄弱环节。

构架裂纹扩展延迟效应

列车运行速度的提高和载重量的增加使其主要承载部件转向架构架的运行环境变得恶劣。为减小轮轨间的作用力 ,要对构架进行轻量化设计 ,由此引起了构架疲劳强度问题。对某高速列车构架的疲劳试验结果表明 ,在给定的常规载荷作用下构架裂纹扩展速度出现延迟效应 ,最终减小到零。应用弹塑性裂纹扩展与闭合概念和残余应力松弛概念分析了构架裂纹扩展延迟效应 ,结果表明引起构架裂纹扩展速度减慢的主要因素是循环加载中残余应力的松弛 ,而裂纹的闭合对裂纹的延迟也有重要影响 ;计算了给定工艺构架状态和循环载荷下 。

基于Optistruct的地铁构架有限元强度分析及优化

建立地铁构架的有限元模型,根据UIC515-4、UIC615-4和EN13749标准对构架进行静强度和疲劳强度评定。结果表明,构架符合静强度和疲劳强度要求。此外还使用Optistruct软件对构架板材厚度进行尺寸优化,优化结果符合构架静强度和疲劳强度评定要求,优化结果可行。优化结果相比初始设计,减重达到12.3%。

地铁车辆构架裂纹故障分析

针对某地铁车辆构架产生裂纹的问题,以线路实测的应力和加速度-时间历程为基础,通过时域和频域的分析比较,找出了构架应力响应过大的原因,并对车辆和线路的维护提出了建议。

地铁转向架构架疲劳开裂分析与改造方案

通过有限元仿真计算,分析西门子公司和广州地铁的转向架两构架修复方案的补强效果以及疲劳裂纹情况,对比两种方案间的差异。由于补强结构焊缝等级较差,建议适当采取TIG熔修、超声振动冲击等后处理措施来提高等级。提出一种优化方案,经过计算可知,该方案的应力水平有所降低,但此等级焊缝仍属于危险应力水平。除了通过焊缝处理提高等级外,应从降低轨道不平顺水平、限速及优化悬挂参数等方面进一步降低载荷水平。

地铁列车转向架构架开裂的失效分析

地铁列车转向架构架由St52-3钢板焊接而成,在列车运行大约5a后转向架构架发生了开裂;利用光学显微镜、扫描电子显微镜、万能材料试验机等对开裂件进行了宏微观形貌、化学成分、拉伸和疲劳性能分析,以找到其失效的原因。结果表明:转向架构架发生了疲劳开裂,开裂起源于焊接连接部位的焊接缺陷处;提出了提高焊接质量和改变转向架构架结构的措施,经过近10a的实际运行,再也没有出现过开裂现象。

地铁车转向架构架的强度计算与评定

介绍了转向架构架对于地铁车辆安全运营的重要性,并对构架进行离散化处理,按照UIC615-4标准对构架施加载荷,建立构架的有限元模型。利用有限元分析软件ANSYS研究构架在各工况下的应力分布。最后,根据第四强度理论,完成了构架的静强度分析;根据Goodman疲劳极限图完成了构架的疲劳强度分析,并得出构架静强度和疲劳强度均合格的结论。分析结果为同类型的转向架的设计、改型和优化提供了参考和依据。

转8A型转向架侧架和钩尾框疲劳裂损分析

针对提速后转 8A型转向架主要部件及车钩、钩尾框疲劳裂损日趋严重的情况 ,重点分析了侧架和钩尾框疲劳裂损的原因和改进措施。

209P(T)型转向架C型焊接构架裂纹分析及改进措施

针对某公司生产的209P(T)转向架C型焊接构架在段修时发现构架横梁腹板和侧梁下盖板的垂向连接焊缝处出现裂纹的一事,某公司迅速组织人员进行攻关,提出改进结构,并通过有限元分析计算对比、线路动应力测试对比和疲劳寿命评估对比,论证了改进结构的可行性。呈报铁道部得到批复同意实施。

上海轨道交通1号线车辆构架裂纹产生原因探究

针对上海轨道交通1号线转向架构架横梁和侧梁连接处出现裂纹的问题,建立了地铁列车转向架构架有限元模型,并对构架静强度进行了仿真计算,同时校核了对接焊缝处的疲劳强度。通过宏观形貌、化学成分以及力学性能分析,找到了该构架产生裂纹的具体原因:主要是对接焊缝处存在未熔合和未焊透的缺陷,导致构架产生疲劳裂纹。同时提出:在构架制造及日常维护时,应增加相应的检查。

新型CFRP地铁转向架构架强度分析

介绍新型碳纤维复合材料地铁转向架构架基本参数、结构设计特点,建立有限元三维模型,参考标准UIC615-4和EN13749建立计算大纲及载荷工况,利用Hypermesh+Ansys软件联合仿真进行构架静强度、疲劳强度和模态分析,根据劳氏船级社工作服务准则对构架进行强度评估。计算结果表明:该构架强度满足工作要求,安全裕度较高,各阶模态较高,不会与车体发生共振。

空气弹簧气室压力对地铁车辆转向架焊接构架疲劳强度的影响

针对焊接构架侧梁内腔作为空气弹簧附加气室的地铁转向架,运用国际铁路联盟给出的Goodman-Smith疲劳极限法,以转向架焊接构架上盖板单边角焊缝、下盖板和内部加强筋板双边角焊缝为研究对象,在EN 13749标准的主要运营工况下,分析考虑空气弹簧气室压力交变作用对焊接构架侧梁角焊缝焊趾疲劳强度的影响。结果表明:考虑空气弹簧气室压力的交变作用时,上盖板单边角焊缝疲劳特性相比于不考虑空气弹簧气室压力的交变作用会明显恶化,而下盖板和内部加强筋板双边角焊缝疲劳特性变化不明显。因此,针对焊接构架侧梁角焊缝进行疲劳强度评估时,需要考虑空气弹簧气室压力的影响更为合理。

城轨车辆长期服役过程中关键部件疲劳寿命性能研究

为了研究城轨地铁车辆长期大负载运行对关键部件疲劳寿命的影响,文章跟踪测试了实际服役状态下某地铁车辆转向架、车体关键部位的动应力,获得了动应力幅值与列车载重变化的关系,并依据Miner线性疲劳累计损伤法则计算了各测点的每日等效应力。结果表明,车体和转向架关键部位的应力幅值与列车载重具有强关联性,构架纵梁与横梁连接焊缝和牵引拉杆座焊缝的等效应力最大值超过70 MPa,构架空气弹簧座焊缝和一系弹簧座焊缝的等效应力维持在较高水平。

高速列车转向架构架动应力计算与疲劳全寿命预测

建立了车辆结构的刚柔耦合动力学模型,对比了刚性构架和柔性构架的振动响应,计算了构架的载荷谱;分析了应力谱转化方法,利用有限元方法与多项式拟合方法计算了构架的动应力谱;基于动应力谱与相关标准,运用线性累积损伤理论与疲劳裂纹扩展寿命Paris方程计算了构架的疲劳全寿命。计算结果表明:相比于多刚体车辆系统动力学模型,采用考虑构架柔性的车辆系统动力学模型计算的构架振动加速度响应在构架固有频率36.94~95.53Hz范围内的幅值较大,因此,构架的模态对振动响应的贡献显著;将载荷谱转化为应力谱的多项式拟合方法与瞬态分析方法相比较,应力误差最大值为1.16MPa,相对最大误差为3%,满足工程分析5%的计算精度要求;基于疲劳损伤理论计算的可靠度为95%的构架疲劳寿命为1.82×106 km;构架危险关注点裂纹由1mm扩展到2mm的寿命为1.76×106 km,满足中国高速列车车辆检修标准中制定的五级检修周期为1.2×106 km的要求。可见,构架模态参与下的动态应力谱计算方法与构架的疲劳全寿命预测方法可靠,有益于构架的动态设计与维修周期的制定。

地铁转向架构架设计及疲劳强度分析

地铁转向架是关键基础设施。构架是地铁转向架的重要承载部件,其力学性能对支撑车体、保障地铁车辆稳定运行具有广泛影响。提出一种地铁转向架构架设计优化方案,首先综合考虑材料、尺寸等因素,推导、计算垂直静载荷与垂直斜对称动载荷受力的理论值;接着以垂直静载荷为主要影响因素,通过SolidWorks建模与ANSYS分析,对乘客上车、下车等工况进行仿真,得到各工况下的最大应力数值;三是通过ADAMS仿真,在转向架上施加一个往复的周期变化载荷(交变载荷),进行疲劳强度分析。研究分析表明:该结构具有大约10%的安全裕度;转向架轮轴处可以经受多次交变载荷作用,不致发生破坏。后续还将结合安全裕度分析和疲劳强度分析开展行进一步的结构简化,以实现成本效益。

基于动应力的地铁构架疲劳损伤与疲劳寿命计算

作为轨道车辆走行部的极关键结构,转向架构架的服役安全性受到极大重视与关注。以新设计的地铁车辆动车转向架样本构架为研究对象,基于其在位使用状态下的动应力进行疲劳损伤与疲劳寿命研究。结合车辆运行状态数据,研究构架关键部位的损伤分布特征,分析构架疲劳损伤快速累积的原因。针对样本构架关键部位:计算其裂纹萌生寿命;基于雨流计数后的应力幅子样完成应力幅分布核密度估计;建立裂纹扩展模型,采用蒙特卡洛法与反函数法计算构架关键部位不同运行里程下的累积失效概率。结果表明,构架累积失效概率随运行里程增加而快速增加,裂纹萌生后对应于97.5%可靠度的运营里程为3万km;构架疲劳寿命为裂纹萌生寿命与扩展寿命之和,97.5%可靠度下为48.39万km。研究结果为进一步提升构架抗疲劳设计、优化转向架检修周期提供研究基础。