振動模態(tài)對高速列車車體疲勞壽命的影響分析.pdf

1、隨著我國高速列車的廣泛應用，其技術先進性和性能優(yōu)越性得到了肯定。高速列車不同于普通列車的主要特點，就是其運行速度大于200km/h，而且列車的速度還在不斷提升，以達到其高速運輸?shù)哪康?。與此同時，高速列車結(jié)構(gòu)承受的載荷以較高頻率小幅載荷為主，而且車輛輕量化的要求導致車體采用鋁合金材料，車體本身的模態(tài)特性發(fā)生了顯著變化。通過分析車體結(jié)構(gòu)模態(tài)對其疲勞的影響，有效地控制高速列車車體的模態(tài)，避免有害模態(tài)的出現(xiàn)，從而為車輛動態(tài)設計提供參考，具有非常

2、重要的實際意義。
　　本文首先建立了某型高速列車車體的有限元模型，在對比分析車體的三個設計標準EN12663-2010《鐵路設施-鐵路車輛車身的結(jié)構(gòu)要求》，JIS E7106-2006《鐵路機車車輛客車車體設計一般要求》和《200km/h及以上速度級鐵道車輛強度設計及試驗鑒定暫行規(guī)定》的基礎上，選用EN12663標準作為車體強度、剛度和疲勞強度分析的依據(jù)，確定了車體的載荷工況，分別對其靜強度、剛度和疲勞強度進行了評估。計算結(jié)果表明

3、:靜強度和剛度滿足要求標準要求，采用最大主應力原則對車體多軸疲勞強度進行了評估，其疲勞強度滿足要求。
　　其次，采用準靜態(tài)疊加法對車體疲勞壽命進行了計算。通過建立車輛系統(tǒng)動力學模型，考慮線路激勵，計算了高速列車不同速度級別下的車體隨機載荷時間歷程。綜合車體單位載荷下的靜強度分析結(jié)果和鋁合金材料的S-N曲線，基于Miner線性累積損傷理論，計算得到了車體在不同速度級別下的疲勞損傷。準靜態(tài)疊加法疲勞損傷計算結(jié)果為后續(xù)考慮模態(tài)影響下的車

4、體疲勞損傷對比提供數(shù)據(jù)。
　　最后，采用模態(tài)疊加法對高速列車車體進行了疲勞損傷計算。首先計算了車體在空車和整備狀態(tài)下的模態(tài)，并進行了對比分析。接著對車體進行瞬態(tài)響應計算，得到各階模態(tài)瞬態(tài)響應時間歷程，分別計算單個模態(tài)和多個模態(tài)疊加后的模態(tài)應力，結(jié)合鋁合金材料的S-N曲線以及Miner損傷理論，分析了模態(tài)對車體疲勞損傷的影響，發(fā)現(xiàn)了影響車體疲勞損傷較大的幾階模態(tài)。
　　在此基礎上，本文對車體疲勞壽命預測的準靜態(tài)疊加法和模態(tài)疊加

5、法進行了對比分析，計算結(jié)果對比表明:采用模態(tài)疊加法計算得到的車體壽命相對準靜態(tài)疊加法計算得到的車體壽命在動態(tài)關注點上要低，主要原因為:考慮了車體模態(tài)頻率的影響后，車體的模態(tài)頻率被隨機載荷頻域譜激發(fā)，而模態(tài)疊加之后的振型在地板及車窗角處影響較大，導致該部位的疲勞損傷大大增加;而準靜態(tài)疊加法的疲勞損傷計算是考慮車體單位載荷靜強度與隨機載荷時間歷程的線性疊加得到應力歷程，基于Miner損傷理論得到的，其結(jié)果與車體自身振動模態(tài)無關?？紤]列車不同