车轮多边形与冲击激励下转向架构架动应力与疲劳研究

作     者：郝成宇 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王文静

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：转向架构架 车轮多边形激励 冲击激励 台架试验 动应力响应 振动疲劳 

摘      要：铁路事业高速发展对高速列车的安全性、可靠性提出了更高的要求,列车运行中因车轮多边形、道岔冲击等产生的高频振动引发的部件失效时有发生,影响了列车运行秩序,甚至危及行车安全。转向架构架作为高速列车关键承载部件,其疲劳可靠性对列车运行安全有着重要影响。本文通过开展多种工况下的台架试验,对高速列车动车转向架构架进行了车轮多边形激励、冲击激励下的动应力响应特性及疲劳分析。具体研究内容如下:(1)设计了车轮多边形激励和冲击激励台架试验方案。确定车轮多边形激励试验工况,包括车轮多边形阶次,幅值及试验速度级。确定冲击激励实现方式。通过整备模态仿真分析,得到构架高阶强响应模态及振型,找出构架振动薄弱位置,指导台架试验构架测点布置。并总结得到合适的时域频域数据处理流程。(2)开展车轮多边形激励试验,基于20阶与37阶车轮多边形各工况下构架测点的等效应力,进行构架动应力响应分析,得到构架强响应区域。进行车轮多边形幅值影响分析,得应力响应随幅值增大而变大。开展冲击激励试验,进行构架对冲击激励响应程度分析,得弹簧套筒区与制动吊座区响应最大。(3)分析车轮多边形激励下构架强响应区域的频域响应特征。通过对定频试验信号频谱分析,得重点测点各速度级激励下响应主频,与扫频试验信号时频分析得到的测点固有频率对比,得出测点响应增大的主要原因是发生了区域共振。结合谐响应分析得到的关键节点高频响应情况,进一步总结得到构架各区域频域响应特性。(4)开展振动疲劳频域损伤计算修正方法研究。针对目前传统频域损伤计算方法精度较差的情况,得到适用于随机平稳随机振动信号的非高斯修正系数法;得到适用于冲击激励信号的去除小损伤修正方法。试验验证结果表明,上述方法显著提高了频域损伤评估的精确性,对频域损伤计算方法改进提供了经验。图83幅,表15个,参考文献89篇。