基于“剛?cè)狁詈稀蹦Ｐ偷霓D(zhuǎn)向架構(gòu)架疲勞分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法.pdf

1、地鐵車輛作為城市內(nèi)部的主要交通運(yùn)輸方式之一，保證其運(yùn)行安全至關(guān)重要。鑒于地鐵車輛在運(yùn)行過程中，頻繁的啟動、制動，加之軌道線路的復(fù)雜性與多變性，運(yùn)行條件比較惡劣。作為地鐵車輛的關(guān)鍵部件之一，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的疲勞破壞時有發(fā)生，因此對影響地鐵車輛運(yùn)行安全的關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測顯得尤為重要。
　　造成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞的主要原因是結(jié)構(gòu)承受的多變的應(yīng)力幅值擾動。以某型地鐵車輛為例，該型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架在運(yùn)行使用過程中局部區(qū)域出現(xiàn)

2、裂紋，其嚴(yán)重影響了車輛的運(yùn)行安全性。為此，找到該型構(gòu)架出現(xiàn)裂紋的原因，并對構(gòu)架局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高其疲勞壽命，從而使其滿足該型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的設(shè)計使用要求。本論文以地鐵車輛剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)仿真、結(jié)構(gòu)有限元分析、疲勞分析、疲勞壽命預(yù)測、結(jié)構(gòu)優(yōu)化為研究手段，系統(tǒng)地對該型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架開展研究。相關(guān)的研究工作如下：
　　(1)分析該型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力方式。建立該型構(gòu)架的有限元模型，對其進(jìn)行模態(tài)分析，得到

3、其固有振動特性及固有頻率；
　　(2)基于固定界面模態(tài)綜合法，采用UM-ANSYS聯(lián)合仿真的方法得到該型構(gòu)架的柔性體模型，結(jié)合軌道車輛多體動力學(xué)建模方法，借助于UM-RAIL建立該型地鐵車輛剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)模型，分析并比較柔性構(gòu)架和剛性構(gòu)架在振動響應(yīng)上的區(qū)別，從而突出將構(gòu)架考慮成柔性體的必要性；
　　(3)系統(tǒng)地研究目前結(jié)構(gòu)動應(yīng)力的計算方法，在此基礎(chǔ)上采用一種基于柔性體計算結(jié)構(gòu)動應(yīng)力的方法。結(jié)合該型地鐵車輛實際運(yùn)營狀況，制

4、定合理的車輛動力學(xué)仿真工況，并基于地鐵車輛剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)模型系統(tǒng)地研究該型構(gòu)架的動應(yīng)力響應(yīng)，得到該型構(gòu)架的振動特性，并分別對其易疲勞區(qū)域進(jìn)行疲勞分析，進(jìn)而得知該型構(gòu)架的疲勞破壞機(jī)理；
　　(4)采用準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力疊加法對構(gòu)架易疲勞區(qū)域-電機(jī)吊座結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測，仿真結(jié)果與實際情況吻合的較好。采用基于疲勞壽命約束的優(yōu)化方法對電機(jī)吊座結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化。依據(jù)優(yōu)化后的電機(jī)吊座結(jié)構(gòu)再次建立該型地鐵車輛剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)模型，分別對比優(yōu)化

5、前后電機(jī)吊座結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度、疲勞壽命、動應(yīng)力響應(yīng)等性能指標(biāo)，進(jìn)而校核優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的合理性。最終形成了一種兼顧結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能以及外部動載荷對結(jié)構(gòu)疲勞壽命影響的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。
　　本文采用CAE仿真方法，系統(tǒng)地對構(gòu)架開展了動力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)疲勞分析、結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等研究。利用這種方法可以在構(gòu)架結(jié)構(gòu)前期開發(fā)階段了解結(jié)構(gòu)振動特性、得知結(jié)構(gòu)疲勞破壞機(jī)理、預(yù)測結(jié)構(gòu)疲勞壽命，避免了構(gòu)架在使用過程中疲勞破壞現(xiàn)象的發(fā)生，從而有助于提高車輛的運(yùn)