6575-crh2型動(dòng)車組車軸疲勞強(qiáng)度分析

1、1第一章第一章緒論緒論1.11.1引言引言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，社會(huì)和人們對(duì)交通運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題提出了更高的速度要求以滿足人們?nèi)粘Ｉ詈蜕虅?wù)等的需求。早在2004年我國(guó)逐漸開(kāi)始從日本、德國(guó)和法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)了速度高達(dá)200kmh及以上高速動(dòng)車組。經(jīng)過(guò)近幾年的消化、吸收再創(chuàng)新目前國(guó)產(chǎn)動(dòng)車組已投入使用更有時(shí)速達(dá)380kmh的動(dòng)車組開(kāi)始投入運(yùn)營(yíng)。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)牡诹翁崴倌繕?biāo)鐵道部提出了實(shí)現(xiàn)鐵路裝備現(xiàn)代化及裝備制造業(yè)現(xiàn)代化和中國(guó)

2、鐵路跨越式快速發(fā)展的目標(biāo)以達(dá)到諸如日木、德國(guó)和法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的鐵路車輛技術(shù)水平。因此，我國(guó)動(dòng)車組的技術(shù)有待更進(jìn)一步的提高。隨著列車車軸轉(zhuǎn)速的不斷提高因而引起的車軸和車輪在運(yùn)行過(guò)程中受到水平、垂直方向上的動(dòng)載荷加劇從而對(duì)車軸的強(qiáng)度提出了更高的要求。從上個(gè)世紀(jì)30年代以來(lái)隨著鐵路運(yùn)輸?shù)钠占昂蛙囕v運(yùn)行速度不斷提高車軸斷裂而造成的重大事故在世界各國(guó)均有報(bào)道從而引起了人們對(duì)車軸的安全性的關(guān)注并花費(fèi)大量的精力和心血從設(shè)計(jì)工藝和檢修上采取對(duì)策以提高車

3、軸的安全性并盡可能避免因車軸疲勞破壞而造成不幸。直到上個(gè)世紀(jì)50年代車軸的安全問(wèn)題才得以基木解決。對(duì)造成車軸損傷原因的分析結(jié)果表明除了磨耗等損傷外約有23的車軸損傷是由疲勞引起的。到目前為止我國(guó)動(dòng)車組的一些部件已經(jīng)基木上實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化但現(xiàn)有技術(shù)還不足以能夠制造出高強(qiáng)度、高可靠性的高速動(dòng)車組用的車輪、車軸等。由于列車速度不斷提高車輛上各部件的工作環(huán)境也變得更加惡劣人們對(duì)其安全性和可靠性也就提出了更高的要求。車軸是高速動(dòng)車組的核心部件之一它直

4、接關(guān)系到高速動(dòng)車組的運(yùn)行安全因此，應(yīng)避免因車軸發(fā)生疲勞破壞會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。研究和分車軸的疲勞特性，對(duì)車軸的設(shè)計(jì)制造及應(yīng)用具有重大意義[2]。1.21.2有限元有限元ABAQUSABAQUS軟件的簡(jiǎn)介及應(yīng)用軟件的簡(jiǎn)介及應(yīng)用ABAQUS軟件被廣泛認(rèn)為是功能最強(qiáng)的有限元分析軟件之一，從簡(jiǎn)單的線彈性靜態(tài)問(wèn)題到復(fù)雜的高度非線性問(wèn)題，從單個(gè)部件的力學(xué)分析，如結(jié)構(gòu)分析、動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、瞬態(tài)分析、非線性分析（如接觸分析、彈塑性分析、幾何非線性

5、分析）以及碰撞和沖擊分析、屈曲分析、斷裂分析、疲勞和耐久性分析等，到復(fù)雜系統(tǒng)的多場(chǎng)耦合分析，包括流體固體耦合分析、熱和固體耦合分析、聲場(chǎng)耦合分析、電場(chǎng)和熱耦合分析、質(zhì)量擴(kuò)散分析等。分析的物理場(chǎng)廣泛、多樣。ABAQUS軟件本身界面良好，操作簡(jiǎn)單，功能多樣。大量的復(fù)雜問(wèn)題可以通過(guò)不同模塊(如part建模、assemble裝配、Interaction相互作用模塊)，能有3(3)日本車軸疲勞強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)期以來(lái)日本進(jìn)行了大量的理論和試驗(yàn)以研究車

6、軸的疲勞性能。于1995年，并在大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上得出車軸輪座部位是車軸疲勞性能的決定性部位并修訂了JISE45011995即《車軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法》。在JISE4501中，對(duì)輪座部位提出了其安全系數(shù)的計(jì)算方法并提出了車軸疲勞強(qiáng)度的可靠性判定標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定350kmh以下不同速度級(jí)別、不同線路和不同軸重情況下的載荷工況定義了車軸在4種材料和4種熱處理工藝情況下其輪座處的許用應(yīng)力[2][2]。1.3.21.3.2疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)方法疲勞

7、強(qiáng)度試驗(yàn)方法[2][2]疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)方法的方法主要包括懸臂梁式車軸疲勞試驗(yàn)方法和簡(jiǎn)支梁式車軸疲勞試驗(yàn)方法.有以下特點(diǎn)：（1）在載荷需求上，懸臂梁式車軸疲勞實(shí)驗(yàn)法中比簡(jiǎn)支梁式車軸疲勞試驗(yàn)方法要小。(2)從試驗(yàn)的精確度來(lái)講，簡(jiǎn)支梁式車軸疲勞試驗(yàn)方法較懸臂梁式更優(yōu)越。主要是懸臂梁式試驗(yàn)臺(tái)上的試樣力臂長(zhǎng)度較簡(jiǎn)支梁式試驗(yàn)臺(tái)的要長(zhǎng)因此試驗(yàn)載荷小但試驗(yàn)車軸的跳動(dòng)就越大相應(yīng)的試驗(yàn)載荷的波動(dòng)也就越大。一般來(lái)講試樣力臂短一些、試驗(yàn)載荷大一些為好這樣可以減小

8、載荷的相對(duì)誤差。(3)從試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)來(lái)講簡(jiǎn)支梁式試驗(yàn)臺(tái)要比懸臂梁式試驗(yàn)臺(tái)要緊湊這樣方便試驗(yàn)臺(tái)的擺設(shè)以及方便實(shí)物輪軸試驗(yàn)臺(tái)其他部分的安排但其工裝要比較復(fù)染。同時(shí)簡(jiǎn)支梁式試驗(yàn)臺(tái)上沒(méi)有車輪或模擬車輪的法蘭這樣也就不能夠模擬車軸的微動(dòng)磨損狀況[2]。1.41.4本課題研究的內(nèi)容本課題研究的內(nèi)容本文的主要內(nèi)容是對(duì)CH2型動(dòng)車組車輪軸進(jìn)行了疲勞的有限元分析，先建立起三維模型和有限元模型，分析其車輪軸在直線軌道、曲線和岔道三種工況下的應(yīng)力分布，對(duì)車軸