250km/h动车组轮轴载荷谱的研究及应用分析

作     者：张世强 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金新灿

授予年度：2019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：载荷谱 测力轮对 拟合外推 核密度 疲劳强度 

摘      要：轮轴是高速列车的关键部件之一,随着我国高速列车的飞速发展,人们对于轮轴的使用寿命和疲劳强度评估提出了更高的要求,即需要研究和分析轮轴在实际线路工况下运行时的受力情况。本文以CRH2A型动车组轮轴为研究对象,基于线路试验数据及有限元仿真对轮轴载荷谱进行研究及应用分析,具体研究内容如下:(1)测力轮对的研制:完成轮轴仿真模型的建立,对模型进行垂向和横向的加载仿真并依据有限元结果得出的轮轴应力分布特性,在减少交叉干扰的原则下合理地确定垂向和横向的载荷识别点以及车轴各截面测点位置。通过标准对打孔加工后车轮的疲劳强度和静强度进行了评估并完成了测力轮对的制作。(2)载荷传递系数的获取以及线路实测数据的处理:设计了测力轮对的静态标定试验方法,并对不同工况下的静态标定数据进行处理及分析,得到轮轴垂向和横向载荷的应力传递系数;对线路实测数据进行处理,结合载荷传递系数得到轮轴实时的载荷时间历程。通过陀螺仪信号区分直线、曲线等不同工况,分析不同工况下的载荷及车轴截面应力的分布特性,并编制了各工况下的载荷谱和应力谱。(3)实测载荷谱的拟合外推研究:对实测载荷谱进行核密度拟合外推估计,从拟合优度以及损伤校核两方面对比固定带宽和自适应带宽两种核密度法的拟合效果,并通过分析不同外推倍数下的极值及损伤拟合误差,确定出更适用于高速轮轴载荷谱的外推方法,将实测数据进行拟合外推得到全寿命下的载荷、应力极值及扩展载荷谱和应力谱。(4)轮轴疲劳强度校核及剩余寿命分析:基于实测和拟合外推得到的扩展应力谱,分析车轴危险截面的疲劳强度及剩余寿命;依据扩展载荷谱计算得到等效垂向、横向载荷,对建立的过盈配合轮轴模型进行加载仿真,得到无法通过试验实测的轮座处应力,并对其疲劳强度和寿命进行了分析,预测轮座配合区可能发生疲劳失效的部位。图67幅,表29个,参考文献57篇。