D-,32-平車剛?cè)嵯到y(tǒng)動態(tài)響應(yīng)及凹底架疲勞強(qiáng)度研究.pdf

1、隨著國家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及對鐵路運輸?shù)囊?，以凹底平車為代表的長大貨物車的載重越來越大、運行速度和應(yīng)用頻率也越來越高，在國民經(jīng)濟(jì)中有著十分重要的地位和作用。由于長大貨物車載重噸位大、結(jié)構(gòu)尺寸大、心盤距長，再加上提速、輕型化的趨勢和要求，在運行過程中，剛?cè)狁詈犀F(xiàn)象會顯現(xiàn)出來，對車輛系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)產(chǎn)生顯著的影響，并可能出現(xiàn)劇烈振動而侵犯限界以及應(yīng)力增大而造成疲勞破壞現(xiàn)象，從而使得結(jié)構(gòu)的彈性振動和疲勞強(qiáng)度問題變得十分突出。本文將有限元分析方法

2、與剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)動力學(xué)理論相結(jié)合，利用相應(yīng)的軟件ANSYS和SIMPACK對320t凹底平車系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和凹底架的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行研究分析，為該種車輛的設(shè)計和改進(jìn)提供指導(dǎo)依據(jù)。 本文主要進(jìn)行了以下幾個方面的研究工作： 1．分析了車輛多剛體系統(tǒng)的運動方程，通過引入力元、基于凱恩方程建立了系統(tǒng)的動力學(xué)方程；通過合理處理車輛剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)中的彈性體，基于達(dá)朗伯原理和約旦原理，利用瑞利-里茲法表示彈性體的變形，建立了多體系統(tǒng)中彈性

3、體的運動學(xué)以及動力學(xué)方程，為研究整個剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)在激勵作用下的動態(tài)響應(yīng)、分析其動力學(xué)特征奠定了理論基礎(chǔ)。另外，分析了多體系統(tǒng)程序中的彈性體標(biāo)準(zhǔn)輸入數(shù)據(jù)及其計算，實現(xiàn)了有限元程序與多體系統(tǒng)程序間的數(shù)據(jù)傳遞。 2．分析了輪軌接觸幾何關(guān)系、輪軌準(zhǔn)彈性接觸模型、輪軌蠕滑力的計算，利用分段線性化等方法對車輛系統(tǒng)中存在的各種非線性因素進(jìn)行準(zhǔn)確模擬；分析了軌道隨機(jī)激擾的描述方式，推導(dǎo)了軌道不平順功率譜表達(dá)式；同時，基于傅立葉逆變換對軌道譜進(jìn)行

4、了數(shù)值模擬，得到了時域模擬樣本，使其適合在車輛多體系統(tǒng)建模和動態(tài)仿真中使用。 3．推導(dǎo)了凹底架彈性體的動力學(xué)方程，通過引入超單元，建立了凹底架在模態(tài)坐標(biāo)上的動力學(xué)方程，并變換到物理坐標(biāo)上；基于多自由度系統(tǒng)模態(tài)分析理論，求解凹底架的模態(tài)振型及其參數(shù)。根據(jù)凹底架的結(jié)構(gòu)特點、位置以及連接狀態(tài)，研究建立了凹底架有限元分析模型，詳盡地計算了其固有動態(tài)特征。采用子結(jié)構(gòu)法縮減處理凹底架有限元模型，建立了具有動態(tài)特征的彈性體模型，使描述凹底架的

5、自由度總數(shù)減少，適宜在車輛系統(tǒng)振動響應(yīng)分析中使用。另外，研究分析了凹底架模態(tài)階數(shù)的選取對車輛系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的影響。 4．利用經(jīng)有限元法處理的彈性凹底架，建立了320t凹底平車多體系統(tǒng)動力學(xué)模型（包含多剛體系統(tǒng)動力學(xué)模型和剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動力學(xué)模型），并分別進(jìn)行仿真計算，獲得了車輛系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，與試驗值做了全面比較，表明剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)模型仿真結(jié)果比多剛體系統(tǒng)模型更接近試驗值，這反映研究建立的剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動力學(xué)模型是合理的。同時還研究分析

6、了仿真計算中采樣頻率對車輛系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的影響。 5．基于320t凹底平車剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動力學(xué)模型，深入研究了運行速度和軸箱懸掛參數(shù)對車輛系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)、特別是凹底架彈性振動的影響規(guī)律，為選擇懸掛參數(shù)、確定運行速度、評價動態(tài)限界以及改進(jìn)設(shè)計提供依據(jù)。 6．基于320t凹底平車剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動力學(xué)模型的動態(tài)響應(yīng)分析結(jié)果，將作用在凹底架上的動載荷-時間歷程轉(zhuǎn)換并引入到ANSYS中，分析得到凹底架應(yīng)力-時間歷程和應(yīng)力譜，建立了凹底架的