結(jié)構(gòu)耐久性分析方法研究及其在軌道車輛上的應(yīng)用.pdf

1、現(xiàn)代軌道車輛日益向著高速化和重載化方向發(fā)展，其結(jié)構(gòu)強度問題變得越來越嚴重。現(xiàn)代軌道車輛結(jié)構(gòu)的核心問題，不再是靜強度和剛度問題，而是如何實現(xiàn)結(jié)構(gòu)長壽命、高可靠性和低成本維修?；跀嗔蚜W(xué)的抗疲勞設(shè)計方法建立了疲勞壽命與初始疲勞缺陷尺寸以及裂紋擴展率之間的關(guān)系模型，是解決現(xiàn)代軌道車輛結(jié)構(gòu)問題的有效方法。 但是，基于斷裂力學(xué)的抗疲勞設(shè)計法仍然存在一些有待完善的地方，例如原始疲勞質(zhì)量的定義和評估、裂紋擴展率的確定等，這使得該方法對試驗具

2、有較強的依賴性，且所得試驗數(shù)據(jù)缺乏廣泛的適用性。 針對這些問題，本文以原始疲勞質(zhì)量的評估、裂紋擴展率的確定、原始疲勞質(zhì)量概念的定義及其在軌道車輛上的應(yīng)用為著力點，開展了以下幾個方面的研究工作。 1）原始疲勞質(zhì)量評估方法的改進研究。首先比較各種裂紋形成時間（Time to Crack Initiation，TTCI）插值方法的不同，分析插值方法對TTCI分布參數(shù)以及經(jīng)濟壽命的影響。其次，基于降階思想和二分法，提出一種新的三

3、參數(shù) Weibull分布極大似然估計數(shù)值解法。最后，改進TTCI分布參數(shù)估計方法，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合約束最小二乘法，提出確定通用當(dāng)量初始缺陷尺寸分布參數(shù)的新方法。數(shù)值計算表明，新方法具有精度高、計算簡便等優(yōu)點。 2）裂紋擴展率的確定方法研究。推導(dǎo)S-N、P-S-N曲線與裂紋擴展率曲線之間的關(guān)系，研究常幅載荷、變幅載荷以及隨機載荷下裂紋擴展率的確定方法，并分析不同影響因素對裂紋擴展率的影響，討論S-N和P-S-N曲線表達式不同時裂

4、紋擴展率的確定方法。試驗研究表明，用S-N和P-S-N曲線預(yù)測裂紋擴展曲線，可獲得滿意的精度，對試驗的依賴性小。 3）原始疲勞質(zhì)量的概念研究。分析結(jié)構(gòu)原始疲勞質(zhì)量概念的缺點，提出材料原始疲勞質(zhì)量的概念，在此基礎(chǔ)上，提出改進的耐久性分析方法。由于材料原始疲勞質(zhì)量不受尺寸、形狀、加工工藝和使用環(huán)境等因素的影響，材料的原始疲勞質(zhì)量適用于相同材質(zhì)的任意結(jié)構(gòu)細節(jié)，具有廣泛的適用性。 4）耐久性分析方法在軌道車輛上的應(yīng)用研究。針對軌