漏斗车车体结构疲劳强度研究

作     者：林至睿 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李芾

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：漏斗车 车体 结构强度 疲劳寿命 有限元分析 

摘      要：国内外铁路货车的概况和发展趋势表明,在我国,铁路运输的装卸作业费用导致了较高物流成本。为了降低物流费用,提高运输效率,发展自动化装卸的专用车辆必将成为铁路货运发展的方向。漏斗车是自动化装卸的专用车辆之一。中国目前铁路货车设计技术与发达国家仍有差距,利用ANSYS先进的有限元仿真分析软件对车辆进行静强度分析和疲劳分析,实现优化设计,以提高车辆运行的安全性和可靠性。 有限元分析软件用于车体静强度分析和钢结构疲劳分析的理论,研究其数学特性,可利用计算理论和离散原理,优化结构形状尺寸,找出提高车体钢结构的静强度和疲劳强度的方法。介绍了AAR标准的构成,我国的铁路货车设计要与国际接轨必将遵循国际通用的标准并受到标准的约束,AAR主要通过标准来协调各成员之间安全与运输方面的问题。 文章介绍了漏斗车车体的钢结构构造、材料、技术参数;漏斗车车体有限元模型的建立、离散的处理,基于AAR的有限元计算边界条件,考核标准;疲劳计算的机理、理论和处理方法等。利用ANSYS仿真分析软件对漏斗车车体进行了静强度分析和疲劳分析,通过对初步设计的计算,有4处应力超过AAR标准,针对计算结果进行优化设计后重新计算,优化后的漏斗车车体强度能够满足AAR标准的要求,其最大应力为436.43MPa,在第一工况侧墙板下部靠车端R300延出部位,小于Q450NQR1高强度耐候钢440MPa的许用应力。 根据AAR标准确定疲劳计算工况,经过计算分析可知,该车车体疲劳寿命较薄弱位置分别为漏斗与牵引梁焊缝、枕梁下盖板尾翼与侧梁焊缝,经计算重车运营里程分别为654万km、887万km。由于空车运行对车体疲劳寿命影响有限,因此按年运行30万公里,空重车里程比0.9考虑,计算出的疲劳寿命,该车车体疲劳寿命在20年以上。 影响车体疲劳寿命的因素很多,如运用环境、材质、焊接工艺及载荷工况等,疲劳分析方法能从疲劳的观点指出设计的适当性,对薄弱部位的工艺质量进行控制,可提高车辆整体使用寿命。