焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架線路載荷的特征與應(yīng)用研究.pdf

1、不斷發(fā)展的社會(huì)需求促進(jìn)了鐵路車輛運(yùn)輸能力的提高，并催生了大量的新型軌道車輛產(chǎn)品，但同時(shí)也使車輛的安全運(yùn)營(yíng)問(wèn)題面臨前所未有的挑戰(zhàn)。客車車輛多采用焊接式構(gòu)架，作為轉(zhuǎn)向架的主體框架結(jié)構(gòu)，其疲勞強(qiáng)度直接關(guān)系到車輛的安全運(yùn)行。載荷是構(gòu)架疲勞強(qiáng)度及可靠度分析的基礎(chǔ)，大量線路測(cè)試試驗(yàn)表明，依據(jù)鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UIC、JIS、TB等確定的構(gòu)架載荷與構(gòu)架在線路上實(shí)際運(yùn)行時(shí)的載荷有較大差異。因此，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定載荷進(jìn)行構(gòu)架疲勞強(qiáng)度評(píng)估的結(jié)果可能與構(gòu)架實(shí)際的疲勞損

2、傷情況有所偏差。
　　為了研究焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架在實(shí)際運(yùn)用情況下的線路載荷特征以及建立線路載荷與結(jié)構(gòu)疲勞損傷的關(guān)系，本文在自然科學(xué)基金“高速列車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)損傷一致性載荷譜建立方法與試驗(yàn)驗(yàn)證”的支持下，對(duì)焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的線路載荷測(cè)試、線路載荷特征分析、構(gòu)架實(shí)際運(yùn)行條件下的疲勞損傷評(píng)估、基于線路載荷的臺(tái)架試驗(yàn)載荷譜編制、線路載荷對(duì)構(gòu)架的疲勞損傷影響程度等多個(gè)方面開(kāi)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(lì)法、時(shí)域載荷積分法、準(zhǔn)靜態(tài)法等載荷識(shí)別理論，討論了這些方法在構(gòu)架載荷識(shí)別應(yīng)用中的局限性。首次研究了基于應(yīng)力響應(yīng)的傳遞函數(shù)法在構(gòu)架載荷識(shí)別中的應(yīng)用，通過(guò)懸臂梁試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)合理的測(cè)點(diǎn)位置選擇、信號(hào)除噪、傳遞函數(shù)平滑等技術(shù)處理手段能夠獲取較高精度的載荷識(shí)別結(jié)果;用實(shí)測(cè)的焊接構(gòu)架線路載荷與應(yīng)力數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該方法在構(gòu)架動(dòng)態(tài)載荷識(shí)別中應(yīng)用的可行性，結(jié)果表明該方法識(shí)別精度較高，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。在載荷識(shí)別方法研究的基礎(chǔ)上，確

4、定了CRH380BJ型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架線路載荷測(cè)試方案。
　　(2)通過(guò)線路試驗(yàn)獲取了CRH380BJ型動(dòng)車組動(dòng)車構(gòu)架的線路載荷數(shù)據(jù)。對(duì)比分析不同工況下的載荷數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了構(gòu)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(gòu)了構(gòu)架的垂向載荷，重構(gòu)結(jié)果表明垂向載荷主要由側(cè)滾載荷、點(diǎn)頭載荷組成，新的載荷重構(gòu)方法與傳統(tǒng)方法相比，能夠?qū)崿F(xiàn)重構(gòu)載荷與原載荷的相互轉(zhuǎn)換。垂向載荷重構(gòu)后，發(fā)現(xiàn)了構(gòu)架上各載荷之間的關(guān)聯(lián)，

5、首次用“載荷對(duì)”的形式表征了構(gòu)架不同載荷之間的關(guān)系，該表征形式可使實(shí)測(cè)載荷在進(jìn)一步的損傷一致性校準(zhǔn)中保留更多的線路載荷特征，并為進(jìn)一步基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)編制臺(tái)架試驗(yàn)載荷譜提供有力的試驗(yàn)依據(jù)。
　　(3)根據(jù)焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架實(shí)測(cè)等效應(yīng)力幅值的隨機(jī)性、相同工況下構(gòu)架載荷的差異性較小等特征，基于誤差分析思想，結(jié)合Miner準(zhǔn)則及S-N曲線，提出了損傷一致性等效應(yīng)力幅值的修正計(jì)算方法，進(jìn)一步完善了損傷一致性等效應(yīng)力幅值估算的數(shù)學(xué)模型。該方法認(rèn)為構(gòu)

6、架的等效應(yīng)力幅值服從正態(tài)分布，并通過(guò)實(shí)測(cè)的構(gòu)架動(dòng)應(yīng)力數(shù)據(jù)驗(yàn)證了正態(tài)分布的顯著性，描述了轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架等效應(yīng)力幅值的統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律。將該方法在構(gòu)架等效應(yīng)力幅值評(píng)估、構(gòu)架全壽命服役損傷預(yù)測(cè)、線路試驗(yàn)方案的優(yōu)化等方面進(jìn)行了應(yīng)用，為今后的結(jié)構(gòu)疲勞評(píng)估、線路測(cè)試試驗(yàn)研究等提供了有力的技術(shù)支撐。
　　(4)根據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備的工作頻率特性及焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架線路載荷的頻譜特性，按照構(gòu)架關(guān)鍵部位的疲勞損傷一致性原則，提出了以實(shí)測(cè)線路載荷低頻部分的時(shí)域信號(hào)

7、為基礎(chǔ)的焊接構(gòu)架臺(tái)架試驗(yàn)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(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)在評(píng)估準(zhǔn)確性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用該方法編制了CRH380BJ型動(dòng)車組動(dòng)車構(gòu)架的損傷一致性臺(tái)架試驗(yàn)載荷譜，結(jié)果表明編制的載荷譜能夠覆蓋所有關(guān)注測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)疲勞損傷，并盡可能多的保留了實(shí)測(cè)線路載荷的基本特征。
　　(5)提出了一種用于計(jì)算焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上復(fù)雜多樣的線路載荷對(duì)構(gòu)架疲勞損傷的影響程度的方法。該方法通過(guò)提取不同載荷在動(dòng)應(yīng)力