地铁车辆转向架吊耳的失效分析及寿命预测

针对某型地铁车辆在运行过程中转向架吊耳发生失效断裂问题,通过光学和电子显微镜分析失效吊耳的断口形貌,得出吊耳发生疲劳断裂的结论。为研究吊耳发生共振疲劳的机理和评估方法,在该型地铁车辆运营线路上对尚未发生断裂的吊耳进行了动应力和振动加速度测试。经对吊耳和轴箱的振动加速度进行时域及频域分析,研究其频谱特征,证明轮轨发生波磨的激振频率与吊耳的一阶固有频率相同;结合吊耳的受力情况,对其动应力结果进行分析,用Miner线性累计损伤法评估其寿命,证明吊耳在共振疲劳的条件下寿命严重不足。据此总结出吊耳在受到轴端振动激励条件下的共振疲劳寿命评估方法。接着对结构和材料改进后的新型吊耳采用共振疲劳寿命评估方法进行了寿命预测,对比分析了不同结构和不同材料的新型吊耳在运营条件下的频谱特征和剩余寿命,可为设计人员开发出满足地铁车辆使用寿命要求的新型吊耳提供依据。

基于英国标准的碳钢客车车体结构疲劳寿命评估

利用英国标准和有限元分析技术,研究设计阶段碳钢客车车体焊接结构的疲劳寿命预测问题.归纳与总结BS7608:2014和BS EN-1993-1-9:2005标准中钢结构焊接接头S-N曲线的特点;在分析某碳钢客车车体焊接结构与承载特点的基础上,建立车体有限元分析模型;在EN 12663-1:2010标准中的疲劳载荷作用下,分别利用上述两个标准提供的基于名义应力标定的疲劳性能参数,以及评估部位数值分析结果的主应力方向,对车体结构进行疲劳寿命评估;基于BS标准的车体评估部位的累积损伤值均大于基于EN标准的,并且两标准的最大累积损伤均小于1;由于应力拾取位置对车体累积损伤值有很大影响,建议尽可能细化含有焊接接头的应力集中区域的单元,以便拾取到应力梯度近似为零的名义应力.

考虑屈曲响应的碳钢客车车体底架结构的拓扑优化

利用子结构和拓扑优化相结合的技术,研究碳钢客车车体底架结构的稳定性问题.首先,在1280kN车钩压缩载荷作用下,对某碳钢车车体结构进行线性屈曲分析,指出底架薄板部位因纵向刚度不足导致其屈曲因子偏低;然后,开展整车级底架失稳区域的典型结构的基于屈曲响应的拓扑优化,分别将碳钢车车体底架侧门和端部区域的典型结构定义为非子结构,其它车体单元定义为超单元,它们的边界结点定义为出口结点;接着,依据两典型结构的拓扑优化结果,确定优化设计方案;最后,经整车级结构的稳定性分析,优化结构的屈曲因子分别提高了0.67和0.95.这种考虑屈曲响应的、借助子结构方法的整车级高效的底架拓扑优化技术可推广到车体其它部位的优化设计中.

基于VisVSA的高速列车车顶的装配偏差仿真分析

高速列车车顶的装配质量是影响车体总成制造质量的关键因素。利用三维公差分析软件Vis VSA对高速列车的车顶进行了装配偏差仿真分析。结果表明,车顶的高度的超差率不能满足原有公差设定下的要求。依据仿真分析结果对偏差贡献度较大的零部件公差进行修正,修正后的超差率明显减小,满足装配要求,在保证检测质量的前提下,可以有效提高生产效率。

基于实验室重现噪声的高速列车车厢主动降噪实验研究

为降低高速列车运行时的车厢内低频噪声,研究了车厢内大范围区域的噪声主动控制问题。针对高速列车运行实测噪声频谱与目标降噪区域尺寸(1.8 m×2.5 m×1.3 m),设计48通道的前馈主动控制系统。按照比较匀称的排列方式,次级声源布放在车厢内除底部的其余5个面上,误差点分布在目标区域。通过测量各声学路径传递函数,离线计算和控制滤波器工作状态。在半消声室内进行一节车厢布局的降噪实验,使用车外声场重现系统播放4种车速工况下的初级噪声,测量主动控制系统的降噪性能并分析不同车速下噪声和不同参考信号下系统性能的异同。结果表明,对于不同车速的噪声,使用车厢窗户的振动信号为参考信号,在目标区域48个测量点可获得3.1~4.7 dB(A)的平均降噪量,验证了主动控制系统在大范围区域实现降噪的可行性。

高速列车车内声品质优化仿真研究

随着高速列车运行速度的不断提高,车内噪声问题对乘坐舒适性的影响越来越显著。为了抑制高速列车车内噪声的影响,基于改进的能量有限元方法,建立高速列车车内噪声的预测模型,并验证模型的准确性。基于预测模型,结合Zwicker响度模型、Zwicker尖锐度模型和Aures粗糙度模型,研究轮轨噪声激励的优化对车内声品质的影响。结果表明:在车轮上加装阻尼结构、轨道上安装动力吸振器对车内噪声高频段有显著的控制效果;优化后,车厢内不同位置的声品质得到明显提高,其中总响度最高可降低2.1 sone,尖锐度最高可降低0.09 acum,粗糙度最高可降低0.04 asper,且优化效果能被人耳感知。

地铁车辆底架薄壁梁吸能结构耐撞性试验与仿真研究

针对城轨列车的结构形式,以典型地铁头车车体司机室安装接口为设计约束,设计一种底架薄壁梁司机室结构。首先对城轨列车底架吸能结构进行设计,并基于模型设计,研制实际司机室结构样机,并通过冲击试验对吸能结构进行了耐撞性研究,结构撞击平台力为1450 kN,吸收能量为550 kJ。随后建立有限元模型,对吸能结构进行数值仿真,最终对有限元与试验研究结果进行分析,结构在撞击力、吸能量、变形模式、压缩位移、褶皱形状及位置基本一致。研究结果表明:试验和仿真的误差范围控制在10%以内,验证了该有限元模型拥有较高的精度,可通过仿真手段代替试验研究,进一步探究各冲击工况下的动态响应。

CRH380B系列动车组继电器寿命评估技术研究

动车组继电器是列车的主要元器件之一,其寿命的评估对动车组的安全正常运行至关重要。利用Fick扩散理论和Larson-Miller分析法建立继电器的接触电阻和吸合时间性能退化模型。利用试验台对动车组未安装使用、已运营1200000 km和故障3种类型的继电器进行可靠性寿命试验,根据实验数据并利用Matlab中最小二乘法非线性拟合对退化模型中的未知参数进行估计。根据SSE之和最小原则选取继电器特性参数的最优退化模型,根据特性参数的失效阈值得到不同试验温度下的寿命特征量,并利用该寿命特征量,对阿伦尼斯模型中的未知量进行参数估计,实现继电器在常温下的可靠性寿命评估。最后通过试验验证该方法的正确性。研究结果为CRH380B型动车组继电器的安全运用和维护维修提供依据。

高速列车车体结构热力耦合静强度及刚度优化分析

高速列车轻量化在降低能耗的同时,也对其服役环境提出了更高的要求。特别是在发生火灾时,轻量化的承载结构在热力耦合作用下可能受到破坏,从而造成损失。本文以有限元理论、非线性理论和结构准静态理论为基础,建立了高速列车车体结构热耦合静强度刚度仿真分析方法,并基于ABAQUS软件提出了仿真分析技术路线。通过对某高速列车车体结构热力耦合静强度刚度仿真分析及优化,验证了该方法的实用性和有效性。

地铁车车体结构性能仿真分析

为判断某型地铁客车车体结构设计的合理性,以车辆车体结构为研究对象,在Hypermesh软件中建立其有限元模型,根据EN 12663和GB/T 7928标准对其施加工况载荷,利用ANSYS软件对车体的静强度、刚度、模态和疲劳强度进行了有限元仿真分析。计算结果表明:车体在各工况条件下的刚度、静强度、模态和疲劳强度均满足设计要求,进而验证了车体结构设计的合理性,同时也为后续车体结构的改进和优化提供理论支撑。

基于加权改进D-S证据融合理论的地铁车辆转向架轴承故障诊断方法

地铁车辆转向架轴承的故障诊断方法大多采用振动、温度、声信号等单一物理量作为信息来源,存在智能诊断准确率低、可靠性差等问题.提出基于D-S证据融合理论的智能故障诊断方法.该方法以轴承运行中的振动加速度信号和温度信号为基本信息来源,采用加权改进D-S证据理论融合算法,诊断轴承健康状态,并在发生故障时判断故障类型.为了验证该诊断方法的可行性和有效性,以硬件装置为载体,基于轴承故障试验平台,对某型号地铁列车转向架故障轴承进行测试.试验结果表明:该轴承故障诊断方法能有效地诊断轴承的故障状态和故障类型.

基于SIMPACK的铁道车辆曲线通过能力研究

轨道线路三大薄弱环节,分别是钢轨接头、道岔和曲线,其中道岔侧向通过和曲线具有一定的相似性。车辆的小曲线通过能力可采用理论计算或仿真分析进行校核,计算指标为车钩摆臂角和极限车间距。两种方法有不同的侧重,所得的结果也不尽相同。为研究两种方法的差异性,对连挂车辆进行理论法和仿真法两方面的计算。基于SIMPACK进行车辆通过小半径曲线能力的研究,建立半径180m的两种不同形式的曲线线路,分析动车组通过曲线的各项动力学指标,并将仿真结果与理论计算结果进行比较。结论表明S型曲线是连挂车辆通过曲线最困难的工况,关注S型曲线能更准确和快速的评价铁道车辆的曲线通过能力。

某型高速列车车厢连接处脉动压力的预测与控制

某型高速列车以350 km/h运行时,靠近车厢连接处的乘务室在40 Hz频率下对应的声压级高达105 dB。为明确该噪声的产生根源并有针对性地进行控制,采用子域法建立了车厢连接处的气动仿真模型,使用改进延迟涡分离模型进行脉动压力预测。经分析车厢连接处上、下缺口测点压力功率谱密度发现,射流剪切层存在接近40 Hz的峰值频率,该频率与车厢连接处所围区域形成的声学空腔的二阶模态频率接近,由此产生了共振。仿真分析表明:在上、下缺口前端与末端增加波浪板能明显降低测点在36~45 Hz对应的脉动压力总能量。实车测试表明:该方案能使乘务室在40 Hz下对应的声压级降低5 dB。主动射流方案也有较好的降噪效果,有望在未来成为可实施的方案。

基于质量屋的轨道车辆设计流程研究与分析

结合质量屋的搭建分析理念和轨道车辆的设计流程,设计了一套适用于轨道车辆质量屋的搭建与分析流程,鉴于方案阶段的质量屋是轨道车辆研发、生产的基础,详细介绍了方案阶段质量屋的搭建流程。流程从需求收集、整理、提炼开始,然后根据客户需求确定解决方案,并在方案中将RAMS技术指标作为重要的工程控制措施,经过整理、提炼和质量屋分析,最终确定关键控制要点和产品可靠性增长的方案,为下一级质量屋确定重点工作方向。通过案例分析验证了方案设计质量屋流程的工程化过程。

25型客车车体参数化仿真系统开发与应用

为提高25型铁路客车车体有限元模型前处理效率,通过25型铁路客车车体结构谱系梳理,采用模块化和参数化建模技术构建了25型客车车体模型库;基于HyperMesh软件开发了25型客车车体仿真模板;通过集成25型客车车体模型库和仿真模板开发了25型客车车体参数化仿真系统。该系统可通过模块选配和参数变更快速生成25型客车车体几何模型,通过调用仿真模板快速生成ANSYS和ABAQUS两种求解器所需的有限元模型。应用该系统使25型客车车体有限元模型前处理时间缩短为1周左右,极大提高了有限元模型前处理效率。

基于多库支撑的轨道车辆车体焊接工艺智能系统的设计与实现

焊接生产是轨道列车车体生产中最重要工艺手段之一。优化车体生产工艺,尤其是优化焊接工艺文件的编制过程,是提高车体生产效率、保证车体焊接质量的重要方式和途径,也是车体焊接工艺的重要研究内容。轨道车辆车体生产过程中因车型及组成部件复杂且使用材料不同使得规则、标准及知识具有不通用性,往往需要多个智能系统以满足车体生产的需求。这不仅增加了开发成本和工作量,而且不同系统的切换会导致工作效率降低及交互性变差。针对上述问题,提出构建多种类库操作,并通过多种库的自由切换和动态管理满足生产需求,减少开发成本、优化用户操作性和提高实际生产效率。

三维扫描技术在高速动车组车窗智能粘接的应用研究

车窗智能粘接生产线以三维扫描技术作为数据采集及安装精度控制的手段。该三维扫描技术是以三维激光扫描仪对一种球体采用“六点标定法”得到球体的三维点云及三维激光扫描仪坐标与机器人坐标系的关系。用这种方法标定机器人与扫描仪的相互位置关系时扫描仪不仅是标定工具,还是被标定对象。该标定方法简化了旋转关系与平移关系的解耦过程,提高了系统精度和稳定性。试验结果表明该技术应用于车窗智能粘接进而实现了装配过程中定位、虚拟装配以及在线校准,车窗模型与车窗工件三维点云间的匹配误差为0.573;车体模型与车体三维点云间的匹配误差为1.052,安装精度及稳定性均符合工程化需求。

轴箱转臂节点定位刚度差对高速铁路车辆动力学性能的影响

为了研究同一个转向架四角轮对轴箱转臂节点定位刚度差异对车辆动力学性能的影响,建立了高速铁路车辆多体系统的高维强非线性动力学模型。在数值仿真分析中,研究分析了选取转臂节点纵向和横向定位刚度误差值+15%和-15%这2种组合条件。结果表明:同一转向架四角轮对轴箱转臂节点定位刚度差对车辆动力学性能的影响较小,对于转向架构架的横向振动、车辆的运行平稳性、曲线通过安全性的影响一般在5%以内。其对车体最大横向和垂向加速度的影响一般在10%以内,特殊条件下,其影响范围在20%以内。所有计算条件下,车辆动力学指标均满足要求。

深圳地铁某线车辆电机振动特性研究

地铁车辆由于特殊运营方式,对车轮电机长期服役的安全性与可靠性具有相对于其他车辆更大的挑战。深圳地铁某线车辆已安全运营7年之久,为了掌握车辆电机长期服役状态,本文通过实地测试,研究了该地铁车辆电机的振动特性,并重点考察了该电机振动条件下转向架振动特性、轮轨相互作用和轮轨激励的传递特性的现状及相互影响。研究分析发现了地铁车辆上电机振动普遍偏大,幅值平均最大值在50g左右,但不同运行路段及时段条件下各电机吊座振动主频成分相对稳定;在同一工况条件下,该车车轮存在轮缘磨耗单偏情况,虽然等效锥度状态相对良好,但轮对接触关系有所恶化等一系列结论。

轨道车辆工艺装备设计的标准化及通用化探讨

针对轨道车辆行业特点,从工艺装备的企业标准设计、工艺装备的通用化设计等几个方面探讨如何提高工艺装备的设计效率、降低工艺装备的制造成本、缩短工艺装备的调试周期。