焊接轉向架構架線路載荷的特征與應用研究.pdf

1、不斷發(fā)展的社會需求促進了鐵路車輛運輸能力的提高，并催生了大量的新型軌道車輛產品，但同時也使車輛的安全運營問題面臨前所未有的挑戰(zhàn)?？蛙囓囕v多采用焊接式構架，作為轉向架的主體框架結構，其疲勞強度直接關系到車輛的安全運行。載荷是構架疲勞強度及可靠度分析的基礎，大量線路測試試驗表明，依據鐵路行業(yè)標準UIC、JIS、TB等確定的構架載荷與構架在線路上實際運行時的載荷有較大差異。因此，依據標準規(guī)定載荷進行構架疲勞強度評估的結果可能與構架實際的疲勞損

2、傷情況有所偏差。
　　為了研究焊接轉向架構架在實際運用情況下的線路載荷特征以及建立線路載荷與結構疲勞損傷的關系，本文在自然科學基金“高速列車轉向架結構損傷一致性載荷譜建立方法與試驗驗證”的支持下，對焊接轉向架構架的線路載荷測試、線路載荷特征分析、構架實際運行條件下的疲勞損傷評估、基于線路載荷的臺架試驗載荷譜編制、線路載荷對構架的疲勞損傷影響程度等多個方面開展了研究。全文的主要研究工作如下，
　　(1)研究了模態(tài)分解法、逆虛擬

3、激勵法、時域載荷積分法、準靜態(tài)法等載荷識別理論，討論了這些方法在構架載荷識別應用中的局限性。首次研究了基于應力響應的傳遞函數法在構架載荷識別中的應用，通過懸臂梁試驗驗證了該方法的準確性，發(fā)現合理的測點位置選擇、信號除噪、傳遞函數平滑等技術處理手段能夠獲取較高精度的載荷識別結果;用實測的焊接構架線路載荷與應力數據驗證了該方法在構架動態(tài)載荷識別中應用的可行性，結果表明該方法識別精度較高，具有良好的工程應用價值。在載荷識別方法研究的基礎上，確

4、定了CRH380BJ型動車組轉向架構架線路載荷測試方案。
　　(2)通過線路試驗獲取了CRH380BJ型動車組動車構架的線路載荷數據。對比分析不同工況下的載荷數據，發(fā)現了構架垂向載荷具有“反向”一致性等重要的線路載荷特征?；诹ζ胶庠?，用新的方法重構了構架的垂向載荷，重構結果表明垂向載荷主要由側滾載荷、點頭載荷組成，新的載荷重構方法與傳統方法相比，能夠實現重構載荷與原載荷的相互轉換。垂向載荷重構后，發(fā)現了構架上各載荷之間的關聯，

5、首次用“載荷對”的形式表征了構架不同載荷之間的關系，該表征形式可使實測載荷在進一步的損傷一致性校準中保留更多的線路載荷特征，并為進一步基于實測數據編制臺架試驗載荷譜提供有力的試驗依據。
　　(3)根據焊接轉向架構架實測等效應力幅值的隨機性、相同工況下構架載荷的差異性較小等特征，基于誤差分析思想，結合Miner準則及S-N曲線，提出了損傷一致性等效應力幅值的修正計算方法，進一步完善了損傷一致性等效應力幅值估算的數學模型。該方法認為構

6、架的等效應力幅值服從正態(tài)分布，并通過實測的構架動應力數據驗證了正態(tài)分布的顯著性，描述了轉向架焊接構架等效應力幅值的統計學規(guī)律。將該方法在構架等效應力幅值評估、構架全壽命服役損傷預測、線路試驗方案的優(yōu)化等方面進行了應用，為今后的結構疲勞評估、線路測試試驗研究等提供了有力的技術支撐。
　　(4)根據臺架試驗設備的工作頻率特性及焊接轉向架構架線路載荷的頻譜特性，按照構架關鍵部位的疲勞損傷一致性原則，提出了以實測線路載荷低頻部分的時域信號

7、為基礎的焊接構架臺架試驗載荷譜編制方法。采用該方法編制的載荷譜可盡可能多的保留線路載荷的特征，較現行標準在評估準確性方面具有明顯優(yōu)勢。應用該方法編制了CRH380BJ型動車組動車構架的損傷一致性臺架試驗載荷譜，結果表明編制的載荷譜能夠覆蓋所有關注測點的實測疲勞損傷，并盡可能多的保留了實測線路載荷的基本特征。
　　(5)提出了一種用于計算焊接轉向架構架上復雜多樣的線路載荷對構架疲勞損傷的影響程度的方法。該方法通過提取不同載荷在動應力