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基于频域结构应力法的牵引电机机座关键焊缝寿命预测

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防爆电机 2021年第4期56卷 17-20页

作者：汤黎明杨敏中车株洲电机有限公司湖南株洲412000

牵引电机是轨道交通列车的核心动力部件,随着列车运行速度等级不断提升,高频随机振动激励带来的交变载荷可能会导致焊接结构的疲劳失效。在牵引电机产品焊接结构设计过程中,常有多个备选方案,评估不同方案的焊缝在振动条件下的疲劳寿命... 详细信息

牵引电机是轨道交通列车的核心动力部件,随着列车运行速度等级不断提升,高频随机振动激励带来的交变载荷可能会导致焊接结构的疲劳失效。在牵引电机产品焊接结构设计过程中,常有多个备选方案,评估不同方案的焊缝在振动条件下的疲劳寿命的需求很迫切。现以某动车组牵引电机机座关键焊缝为研究对象,基于频域结构应力法计算两种备选结构在于IEC 61373-2010标准下的关键焊缝寿命。可以发现,有撑板的下悬挂关键焊缝寿命比明显优于无撑板结构。借助频域结构应力法,在产品设计阶段,即可较准确的预测焊接结构在振动条件下的寿命,有助于提升产品设计速度和产品品质。

关键词：电机机座焊接结构随机振动频域结构应力法疲劳寿命

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某轨道货运罐式集装箱结构随机振动疲劳分析

铁道机车车辆 2023年第6期43卷 105-110页

作者：魏鸿亮杨健方吉朱辰胜中车齐齐哈尔车辆有限公司黑龙江齐齐哈尔161002 江苏中车电机有限公司江苏盐城224100 大连交通大学机车车辆工程学院辽宁大连116028

罐式集装箱结构主要采用钢结构焊接而成,而焊缝是整个结构中疲劳相对薄弱的位置,如何在设计阶段评估该罐式集装箱焊接结构的疲劳可靠性是个难题。文中首先建立带焊缝细节的罐式集装箱结构有限元模型,基于IEC 61373-2010标准中的模拟长... 详细信息

罐式集装箱结构主要采用钢结构焊接而成,而焊缝是整个结构中疲劳相对薄弱的位置,如何在设计阶段评估该罐式集装箱焊接结构的疲劳可靠性是个难题。文中首先建立带焊缝细节的罐式集装箱结构有限元模型,基于IEC 61373-2010标准中的模拟长寿命随机振动载荷谱,引入网格不敏感频域结构应力法,分析随机载荷下罐式集装箱结构关键焊缝抗疲劳性能,结果显示该集装箱结构的关键焊缝结构满足纵向、横向、垂向3个方向各5 h随机载荷谱作用下总损伤小于1的要求。频域结构应力法,可以考虑结构的随机振动能量频域分布对焊缝疲劳寿命的影响,同时方便找出与焊缝疲劳寿命密切相关的关键模态,能够为轨道车辆焊接结构的设计与优化提供技术支持。

关键词：罐式集装箱焊接结构频域结构应力法随机振动疲劳

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某转向架牵引电机结构振动疲劳研究

某转向架牵引电机结构振动疲劳研究

作者：丁洪钧大连交通大学

学位级别：硕士

我国铁路轨道车辆经过几次重大的提速过程之后,不论货车还是客车的运行速度均有大幅度的提升。伴随着轨道车辆的速度提升,机车构件及焊缝的疲劳寿命严重影响着列车运行时的平稳性和安全性,机车转向架上构件的应力分析和随机振动疲劳分... 详细信息

我国铁路轨道车辆经过几次重大的提速过程之后,不论货车还是客车的运行速度均有大幅度的提升。伴随着轨道车辆的速度提升,机车构件及焊缝的疲劳寿命严重影响着列车运行时的平稳性和安全性,机车转向架上构件的应力分析和随机振动疲劳分析在机车的抗疲劳设计阶段显得尤为重要。机车的牵引电机通过螺栓连接固定在机车的转向架上,需要针对实际情况要求对其各部分构件母材和关键位置焊缝的随机振动疲劳寿命展开更细致的研究。本文以某转向架的牵引电机结构为研究对象,利用有限元仿真方法研究牵引电机的强度以及结构的疲劳寿命。并通过三种疲劳研究方法的比较,验证结果的准确性的同时也证明频域结构应力法的先进性。论文的主要工作内容如下:（1）基于有限元法建立转向架牵引电机模型,采用六面体实体网格对电机模型进行离散,采用Lanczos法计算牵引电机的前十阶模态。（2）基于TB/T2436-93标准设置五个载荷工况,对牵引电机进行静强度分析,判断结构强度是否符合安全要求。基于IEC 61373-2010标准使用模态法计算牵引电机垂向、横向、纵向三个冲击工况下的应力值,与材料的许用应力比较,判断不同材料的构件是否满足安全设计要求。（3）基于IEC 61373-2010标准对牵引电机结构进行随机振动分析。基于名义应力法进行随机振动疲劳寿命预测,计算焊缝和母材的疲劳寿命。引入疲劳分析的新方法—频域结构应力法。通过定义结构关键焊缝,将随机振动的激励载荷等效成结构应力,通过叠加法得到频域下等效结构应力,再结合主S-N曲线预测牵引电机关键焊缝的疲劳寿命。（4）引入三区间疲劳寿命预测法,对电机结构的焊缝再次进行疲劳寿命预测。通过三种疲劳寿命预测方法的比较,验证结果合理性,并说明三种方法的特点。（5）通过对危险焊缝进行结构优化,提高危险焊缝的疲劳寿命。

关键词：有限元法动态特性疲劳预测频域结构应力法牵引电机

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公路运输条件下的某罐箱结构疲劳分析

公路运输条件下的某罐箱结构疲劳分析

作者：王帅钧大连交通大学

学位级别：硕士

在运输液态物品方面,罐式集装箱运输的方便快捷性使其成为了公路货运不可或缺的组成部分。由于罐式集装箱在公路运输中受到的载荷较为复杂,因此需要考虑其整体及局部的结构强度与其疲劳性能。本文以某罐式集装箱为研究对象,由于重载时... 详细信息

在运输液态物品方面,罐式集装箱运输的方便快捷性使其成为了公路货运不可或缺的组成部分。由于罐式集装箱在公路运输中受到的载荷较为复杂,因此需要考虑其整体及局部的结构强度与其疲劳性能。本文以某罐式集装箱为研究对象,由于重载时罐体的载重量大且焊接部位较多,线路条件下载荷测试及基于线路载荷下的疲劳分析尤为重要。根据中国船级社发布的《集装箱检验规范》(2021版)中相关载荷对罐式集装箱进行强度分析,建立了某罐箱有限元模型,用以评估罐箱在纵向、横向和垂向冲击载荷下的性能,并通过静态强度分析,判断其结构强度是否达到规范的要求。为了分析罐式集装箱在公路运输下的疲劳情况,在大连至齐齐哈尔的公路运输线路上进行罐式集装箱动态响应试验,试验线路总长1000公里,分为国道和高速两种路段,分别在罐式集装箱四个支角位置分别放置纵、横、垂三个方向的加速度传感器以获取罐箱线路加速度载荷数据。为了模拟罐式集装箱在公路运输的动态响应情况,本文采用时域模态叠加法计算结构振动响应,建立了罐式集装箱动力学模型,根据实际运输过程中的安装情况建立了动力学模型的约束条件。以公路线路实测加速度和位移数据作为激励对其进行仿真,分别按照两种不同路面情况对其进行仿真得到两组罐箱关键焊缝的最大主应力数据。通过与实测应力数据的对比,说明建立的动力学模型有较高的可靠性。根据仿真得到的焊缝最大主应力时间历程并采用BS 7608标准中焊接接头S-N曲线对罐式集装箱关键焊缝进行了疲劳评估。为考察焊缝局部应力集中对疲劳的影响,本文分别采用模态结构应力法和频域结构应力法对罐式集装箱进行振动疲劳分析。模态结构应力法是通过动力学仿真获得罐式集装箱的模态振动响应结果,通过计算得到模态结构应力,然后通过叠加得到等效结构应力,最后基于主S-N曲线进行寿命预测。频域结构应力法具有计算量与测试数据时间长度无关,计算量相对较少的优点。本文将频域结构应力法应用于罐式集装箱焊缝疲劳计算中,为该罐箱结构焊缝疲劳评估提供技术支持。首先对罐箱有限元模型进行扫频分析,根据加速度激励的自功率谱密度和互功率谱密度来快速得到加速度功率谱响应,等效结构应力通过Dirlik法统计得到,最后基于主S-N曲线进行寿命预测。经过疲劳评估,罐式集装箱的焊缝均满足设计要求。

关键词：罐式集装箱模态结构应力法频域结构应力法疲劳寿命预测

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线路实测载荷下的电机结构疲劳分析

线路实测载荷下的电机结构疲劳分析

作者：潘浩峰大连交通大学

学位级别：硕士

随着轨道车辆运行速度的不断提高,轨道车辆上的走行部在工作环境中受到的激励越来越复杂,高频随机振动载荷对电机结构件的影响越来越大,因此有必要研究电机结构在随机振动条件下的疲劳寿命。本文以某动车组牵引电机为研究对象,通过测量... 详细信息

随着轨道车辆运行速度的不断提高,轨道车辆上的走行部在工作环境中受到的激励越来越复杂,高频随机振动载荷对电机结构件的影响越来越大,因此有必要研究电机结构在随机振动条件下的疲劳寿命。本文以某动车组牵引电机为研究对象,通过测量得到电机构架端的实际加速度载荷,将其与标准加速度载荷进行对比,并研究不同的载荷谱预测电机结构疲劳寿命的差异性。本文的主要工作如下:(1)对实测加速度载荷进行预处理,即对停车数据的识别与剔除、对测试数据零点漂移的处理以剔除无用数据和提高数据精度。为了研究不同疲劳方法的差异性,选取一段典型的实测加速度载荷数据,分别用准静态法和频域结构应力法来预测电机结构疲劳寿命。结果表明:频域结构应力法计算的疲劳寿命与准静态法得到的结果相比较低。(2)为了研究不同载荷谱预测电机疲劳寿命的差异性,通过对测试数据的统计得到实测载荷谱,并将其与IEC 61373-2010标准中2类载荷谱进行对比,分别采用两种载荷谱对电机做动力学疲劳仿真计算,结果表明:实测谱算出的电机焊线疲劳寿命比标准谱算出的结果要低。(3)基于容差上限法对多通道实测数据进行随机载荷谱的归纳整合,对采集到的混合信号进行频谱分析,以确定混合信号中的正弦分量频率,再以相关积分法进行正弦信号的分离,来得到正弦加随机加速度载荷谱,以作为标准载荷谱的对照谱;通过正弦激励载荷下电机关键焊缝的疲劳损伤累积结果来看正弦成分对电机结构疲劳的影响不可忽视,在结构设计过程中予以考虑;最后基于正弦加随机载荷谱对电机做动力学疲劳损伤计算,并与标准载荷谱计算结果进行对比,结果表明:采用正弦加随机的实测载荷谱,在随机振动的基础上叠加了正弦振动,更加符合牵引电动机的实际运行环境。

关键词：牵引电机频域结构应力法疲劳寿命预测正弦成分随机载荷谱

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某城际列车车下设备安装强度及疲劳分析

某城际列车车下设备安装强度及疲劳分析

作者：张岱霖大连交通大学

学位级别：硕士

动车组车下设备结构的疲劳失效、关键焊缝的振动疲劳失效以及连接螺栓失效将会直接影响列车运行的可靠性,进而危机到行车安全。冷却单元作为车下设备中重要的设备之一,具有结构复杂、焊缝较多和模态频率较低等特点,因此冷却单元结构的... 详细信息

动车组车下设备结构的疲劳失效、关键焊缝的振动疲劳失效以及连接螺栓失效将会直接影响列车运行的可靠性,进而危机到行车安全。冷却单元作为车下设备中重要的设备之一,具有结构复杂、焊缝较多和模态频率较低等特点,因此冷却单元结构的疲劳失效概率较高。本文以某城际列车冷却单元为研究对象,基于冲击与振动相关标准对其强度、疲劳强度及螺栓强度进行评估,并编制了螺栓校核程序,本文主要研究内容如下:(1)基于有限元法对冷却单元的结构进行了离散并建立了冷却单元的有限元模型,根据实际连接情况,采用Lanczos法计算了冷却单元部分低阶约束模态,结果显示:冷却单元最低固有频率为13.45Hz;(2)依据IEC 61373-2010标准设置了六个冲击工况,采用准静态法评估了六个冲击工况下冷却单元的结构强度,评估结果表明:安全系数均满足设计要求;(3)基于BS EN 12663-2010标准中的加速度疲劳循环载荷与气动载荷工况,采用EN 1993-1-9标准与EN 1999-1-3标准对冷却单元的钢、铝部件进行疲劳强度评估,同时采用结构应力法对冷却单元32条关键焊缝再次进行疲劳评估,评估结果表明:冷却单元钢、铝部件以及32条关键焊缝累积损伤值均小于1,均具有较大的安全余量;(4)依据IEC 61373-2010标准将随机加速度载荷谱作为激励,引入了频域结构应力新方法对冷却单元焊缝进行随机振动疲劳分析,分别计算垂向、横向、纵向单位载荷作用下的频域结构应力传递关系并且利用Dirlik法进行统计,结合主S-N曲线分析冷却单元关键焊缝的疲劳寿命及疲劳损伤,评估结果表明:冷却单元各条焊缝的累积损伤值均小于1,冷却单元的疲劳性能满足设计要求;(5)针对冷却单元结构中的关键螺栓,分别采用《机械设计手册》与《VDI 2230》标准中的螺栓强度校核方法进行静强度和疲劳强度校核,并比较了两种方法的异同。两种方法的校验结果表明:关键螺栓的各个安全系数均满足设计要求。其中基于《VDI2230》标准的评估过程因考虑的因素较多,评估结果更接近于实际情况,为了方便工程应用,利用Python语言编写了基于《VDI 2230》标准的螺栓校核程序,建立了GUI界面并对程序进行了封装,并且内嵌了ANSYS接口,实现了结果的可视化显示等功能。

关键词：冷却单元疲劳分析频域结构应力法螺栓强度校核

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焊缝的随机振动多轴频域疲劳方法研究

机械工程与自动化 2022年第5期 54-56页

作者：苏楷通温朋哲黄伟西南交通大学机械工程学院四川成都610031 天津市政工程设计研究总院有限公司轨道交通设计研究院天津300392

基于制造行业对焊接结构随机振动疲劳评估的迫切需要,以铁道车辆转向架悬挂设备天线梁为分析对象,研究不同频域方法的焊缝疲劳损伤结果差异。介绍了焊缝随机振动多轴疲劳的频域方法——临界面法(CPM)和频域结构应力法(FSSM)的原理,依据I... 详细信息

基于制造行业对焊接结构随机振动疲劳评估的迫切需要,以铁道车辆转向架悬挂设备天线梁为分析对象,研究不同频域方法的焊缝疲劳损伤结果差异。介绍了焊缝随机振动多轴疲劳的频域方法——临界面法(CPM)和频域结构应力法(FSSM)的原理,依据IEC 61373与BS 7608标准,应用两种方法预测了焊缝的疲劳损伤,对比分析了两种方法的损伤值差异。研究结果表明:CPM与FSSM相比,前者得到的损伤值较大。

关键词：焊接结构随机振动临界面法频域结构应力法