中国高速动车组转向架技术发展及展望

转向架是支承、牵引和制动车体并能相对车体回转的走行装置,具有缓冲振动和导向功能,决定列车运行安全可靠性和运行品质。中国高速动车组转向架经过技术引进、吸收创新和自主创新3个阶段的发展,通过不断的技术创新与实践,在结构轻量化、安全可靠性、动力学性能及智能化等关键技术上取得了成果,针对转向架结构强度和动力学性能开展的试验台、环形道、试验专线科学研究试验及线路长期服役跟踪测试,为自主创新阶段的中国高速动车组转向架的自主开发奠定了坚实的理论研究和工程实践基础。文章系统地回顾了中国高速动车组转向架在3个发展阶段的结构参数和技术瓶颈,指出了下一代高铁及CR450动车组转向架技术研究方向;从转向架基本结构角度系统论述了转向架总体集成、构架、轮对轴箱及定位装置、悬挂装置、驱动系统、基础制动和辅助装置的技术发展历程及趋势,提出技术自主创新及工程应用创新研究方向;论述了转向架轻量化设计、强度可靠性、车辆系统动力学、智能化设计和试验测试这5种关键技术的研究现状及发展方向。

一种基于结构预定寿命的可靠性设计方法

针对水轮机转轮结构,研究了产品在设计阶段进行结构预定寿命可靠性设计问题。根据P-S-N曲线指定寿命下的疲劳强度概率分布和由试验得到的水轮机不同工作水头下载荷应力幅值概率分布函数,按照应力强度干涉理论,给出了预定寿命下水轮机许用水头的一种计算方法和转轮结构在指定寿命下的合理设计方法。

国产结构用规格材的抗拉强度设计值

【目的】提出国产结构用规格材抗拉强度设计值确定方法,以指导国产结构用规格材在木结构中的安全设计和合理应用,为今后相关规范的制修订提供参考。【方法】以国产兴安落叶松规格材为例,总结不同材质等级(Ⅰc、Ⅱc、Ⅲc和Ⅳc)规格材的足尺抗拉试验数据;采用最小二乘法确定不同拟合数据点下规格材抗拉强度的概率分布参数值,并基于非参数法确定规格材的抗拉强度标准值;结合可靠度理论分析方法,分析规格材在不同拟合数据点、概率分布、荷载组合类型和荷载比值下可靠度指标与抗力分项系数之间的相互关系。【结果】不同材质等级规格材的抗拉强度存在显著差异,其平均值表现为Ⅰc>Ⅲc>Ⅳc>Ⅱc,变异系数则表现为Ⅱc<Ⅰc<Ⅲc<Ⅳc;通过拟合结果比较,随着拟合数据点减少,正态分布(Normal)、两参数威布尔分布(2-P-Weibull)和对数正态分布(Lognormal)拟合的尾部概率分布开始趋于一致,且与实测尾部概率分布基本相同;通过可靠度分析结果比较,规格材抗拉强度采用Lognormal分布得到的可靠度指标最大,采用Normal分布得到的可靠度指标最小;随着拟合数据点减少,3种概率分布(Normal、Lognormal和2-P-Weibull)得到的可靠度指标开始趋于一致;在抗力分项系数相同的情况下,对于恒荷载+住宅楼面活荷载(D+R)、恒荷载+办公室楼面活荷载(D+O)组合类型,其可靠度指标随荷载比值增大呈递增趋势,但对于恒荷载+雪活荷载(D+S)、恒荷载+风活荷载(D+W)组合类型,其可靠度指标随荷载比值的增大基本不变化;结合我国目标可靠度要求,D+W或D+S荷载组合类型下的抗力分项系数最大,D+O荷载组合类型下的抗力分项系数最小。【结论】在确定国产结构用规格材的抗拉强度设计值时,建议其抗拉强度的概率分布选用对数正态分布模型且采用后25%的数据拟合点来确定模型参数值,荷载组合类型应选择恒荷载+住宅楼面活荷载且荷载比值为1.0。不同材质等级(Ⅰc、Ⅱc、Ⅲc和Ⅳc)国产兴安落叶松规格材抗拉强度设计值分别为9.0、6.8、5.6和2.9 MPa。

复杂机载装置的离心加速度试验夹具设计

为考核产品在加速度环境条件下的功能适应性及评定其结构的完好性,在研制和生产过程中必须进行加速度试验。文中根据装置的结构和特点,结合离心加速度的试验要求进行夹具的结构设计。设计出满足试验要求的离心夹具,并利用有限元分析软件ANSYS对离心夹具结构的强度和刚度进行分析。在此基础上,对夹具与试验机的螺栓组连接进行了夹具连接可靠性分析和验证。其研究对设计同类离心试验夹具具有重要的意义。

抗冰海洋平台的全寿命优化设计I-理论与模型

文章基于投资—效益准则,建立了抗冰平台全寿命总费用最小的优化设计模型;考虑了多种类型的性能要求(结构、设备、人员),并建立了相关判据;提出了包括结构的初始费用、维修费用和期望损失费用的冰区海洋平台全寿命总费用评估模型;提出了平台结构主要功能的确定及描述方法、相应的功能失效损失值估计模型。

船舶结构优化设计方法的研究进展

船舶结构设计，具有较强的综合性、经验性和创造性。运用经典优化方法加以处理，虽然也取得了一定成果，但要建立真正有效的船舶结构优化设计方法，必须与实际工程特点、现代数学理论以及最新计算机技术有机结合。目前，研究工作已取得了初步进展。本文综述了有关研究情况。

滚珠丝杠舵机应用问题研究

针对导弹用滚珠丝杠舵机,以提高可靠性,减小结构尺寸为原则,对舵机结构进行设计与分析。首先,为提高系统可靠性,选用内循环式滚珠丝杠副作为传动元件。其次,在分析传动间隙产生原因的基础上,对丝杠采用两端支撑的方式,提高了系统支撑刚度、减小轴向间隙;并采用等强度原理对丝杠连接方式进行设计,计算结果在结构最小情况下满足强度要求。最后,对舵机关键部件进行分析,推导出丝杠驱动力矩、传动比和空心轴孔径的精确计算公式,并对螺母连接方式进行设计。结果表明,对滚珠丝杠舵机设计提供了一定的理论指导。

纤维增强树脂基复合材料结构的优化设计

综述了国内外纤维增强树脂基复合材料结构优化设计的研究成果与发展状况，内容涉及到层合板壳结构以及夹层结构的屈曲、振动、可靠性、结构强度以及多级多目标等问题的优化设计。文中还涉及到发动机复合材料构件优化方面的一些研究成果，给出了其优化设计的网络框图。论文最后对复合材料结构优化设计当前存在的主要问题和今后发展方向作了分析，并指出今后的研究方向：（１）多级多目标多学科的优化设计，不仅涉及到基本理论、建模和方法，而且更加强调工程实际问题；（２）发展相应的软件专家系统，更加强调软件面向对象编程和 Ｃ Ａ Ｄ 技术的应用；（３）注重探究快速有效的优化算法以及探究随机优化和可靠性优化技术，从而快速有效地获得对优化设计点的可靠评价等。

关于复合材料结构强度的分布函数

依据近十年来发表的有关论文和近30组实验数据，按照工程应用对分布函数的要求：合理、有一定精度，使用简单、方便，确定使用正态分布。该分布函数符合实验数据，给出的标准值（可靠度、B基准值）合理。

灰色可靠性分析及其应用的研究

本文从可靠性技术出发 ,结合灰色系统的概念 ,对结构工程强度和寿命最佳设计问题 ,提出了灰色可靠性分析 ,有其实用价值 ,可供参考。

机械可靠性分析与设计的一种显式迭代算法

基于改进的一次二阶矩理论 ,针对机械可靠性分析和单一设计变量的机械可靠性设计问题 ,本文提出了计算结构可靠度和确定结构可靠性设计参数的一种显式迭代算法。与有关文献相比较 ,这种方法优点是无需解域变换、无需人工计算功能函数的偏导数和无需解结构失效的极限状态方程 ,具有较为简便的计算形式和较高的计算效率 ,可方便地算出结构的可靠度和结构可靠性设计参数。本文方法具有一阶计算精度。

随机有限元在结构强度可靠性分析中的应用

推导了随机有限元的基本方程并编制了计算机程序。利用程序计算了某型号摩托车架结构强度的可靠性。数值结果表明，在结构优化设计中，重量的减轻可能会引起结构可靠度的大幅度下降，因而在重要结构的优化设计中，须对优化结果验算其可靠度。

薄壁结构强刚度可靠性分析

本文提出了一种可模拟飞行器翼面等溥壁结构的强刚度可靠性分析方法。给出了在Mises屈服条件下平面应力元件强、刚度安全裕量方程。讨论了强度失效模式和刚度失效模式的相关性。

军用电子设备结构设计水平评估体系浅议

粗浅地讨论了建立军用电子设备结构设计水平评估体系的目的、内涵和对结构设计水平的评估方法。描绘了结构评估体系的雏形，以引起结构设计人员的关注。

抗冰海洋平台的全寿命优化设计Ⅱ—算法与应用

针对抗冰海洋平台全寿命优化设计模型中的不同类型可靠度分析问题,提出了相应的计算方法,包括冰区导管架平台整体抗力和极值冰力响应的概率统计特性及整体可靠度的高效近似算法,基于首次超越破坏机制的海洋平台冰振动力可靠性分析,基于等效应力幅值近似计算的疲劳寿命分析等。最后,以渤海某抗冰平台为例,实现了全寿命总费用最小的抗冰海洋平台优化设计。结果表明,基于风险的全寿命优化模型比基于规范的静力设计和仅考虑动力的最优设计相比更加合理。

新《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)评述

对新修订的《混凝土结构设计规范》(GB5 0 0 10— 2 0 0 2 )在原规范 (GBJ10— 89)基础上的主要变化进行了评述。

轮式装载机结构件的强度分析与可靠性分析

本文分析了用SAP5P进行轮式装载机结构件强度分析与可靠性分析的条件,讨论了计算中可能出现的问题,对计算模型的建立,各类部件单元的选取,计算结果的数据处理、应力分布和强度分布函数的确定和选择等提出了一套可行的方法,有很高的实用价值。

屏蔽电机转子护环结构改进设计

通过对某屏蔽电机转子长期运行情况及护环结构受力分析,发现了原来护环结构的弊端。重新设计了一种护环结构,并应用现代有限元分析软件对其在不同工况下的受力进行了详细分析和试验,确定了新护环结构的可靠性和安全性。在新护环结构下,对其焊缝结构进行重新设计和加强,提高了焊缝的强度和抗疲劳能力,成功地解决了原护环结构的缺陷和转子泄漏。该新护环的设计成功,大大提高了电机运行的安全可靠性。

基于均匀设计-响应面-有限元法的软岩隧洞围岩与衬砌结构协同承载可靠性分析

软岩隧洞围岩力学特性和衬砌结构受力皆具有显著的随机性、未确知性等不确定性,基于确定性分析的结构安全设计方法往往难以全面合理地反映软岩隧洞工程的复杂性;传统的可靠度计算理论则对于由围岩和支护系统构成的地下结构真实的功能函数无法从理论上给出显式表达,从而制约了可靠度计算理论在隧洞工程中的应用。在以数理统计方法为核心的可靠度计算理论基础上,结合均匀设计方法、响应面法和有限元数值模拟方法,借助于《水工隧洞设计规范》(SL 279—2016)中衬砌结构的承载力极限状态函数,构建了围岩和衬砌结构协同承载的荷载效应响应面显式表达式,由此提出了一种软岩隧洞围岩和衬砌结构协同承载的可靠性评价方法。采用该方法分析了影响联合承载特性的单因素随机变量,辨识了影响围岩和衬砌结构协同承载可靠性的主要因素,最后将该方法应用到具体工程中进行检验。通过与传统可靠度计算方法进行对比可知,该方法满足了精度,简化了流程,提高了效率,表明其具有很好的适应性和可行性。

船体总纵极限强度的可靠性计算

进行船体总纵极限强度的可靠性计算包括４个方面：①失效模式；②总纵极限强度；③外载荷；④可靠性分析方法．采用基于条件期望技术和对偶变数技术的Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法对船体进行总纵极限强度可靠性计算．