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(chǎn)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(gòu)架，作為轉(zhuǎn)向架的主體框架結(jié)構(gòu)，其疲勞強度直接關(guān)系到車輛的安全運行。載荷是構(gòu)架疲勞強度及可靠度分析的基礎(chǔ)，大量線路測試試驗表明，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)架在線路上實際運行時的載荷有較大差異。因此，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定載荷進行構(gòu)架疲勞強度評估的結(jié)果可能與構(gòu)架實際的疲勞損

2、傷情況有所偏差。
　　為了研究焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架在實際運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驗證”的支持下，對焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的線路載荷測試、線路載荷特征分析、構(gòu)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(gòu)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(zhǔn)靜態(tài)法等載荷識別理論，討論了這些方法在構(gòu)架載荷識別應(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)架載荷識別中的應(yīng)用，通過懸臂梁試驗驗證了該方法的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)合理的測點位置選擇、信號除噪、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別結(jié)果;用實測的焊接構(gòu)架線路載荷與應(yīng)力數(shù)據(jù)驗證了該方法在構(gòu)架動態(tài)載荷識別中應(yīng)用的可行性，結(jié)果表明該方法識別精度較高，具有良好的工程應(yīng)用價值。在載荷識別方法研究的基礎(chǔ)上，確

4、定了CRH380BJ型動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)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(gòu)架的線路載荷數(shù)據(jù)。對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恚眯碌姆椒ㄖ貥?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”的形式表征了構(gòu)架不同載荷之間的關(guān)系，該表征形式可使實測載荷在進一步的損傷一致性校準(zhǔn)中保留更多的線路載荷特征，并為進一步基于實測數(shù)據(jù)編制臺架試驗載荷譜提供有力的試驗依據(jù)。
　　(3)根據(jù)焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架實測等效應(yīng)力幅值的隨機性、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)力幅值的修正計算方法，進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。該方法認為構(gòu)

6、架的等效應(yīng)力幅值服從正態(tài)分布，并通過實測的構(gòu)架動應(yīng)力數(shù)據(jù)驗證了正態(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)計學(xué)規(guī)律。將該方法在構(gòu)架等效應(yīng)力幅值評估、構(gòu)架全壽命服役損傷預(yù)測、線路試驗方案的優(yōu)化等方面進行了應(yīng)用，為今后的結(jié)構(gòu)疲勞評估、線路測試試驗研究等提供了有力的技術(shù)支撐。
　　(4)根據(jù)臺架試驗設(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，提出了以實測線路載荷低頻部分的時域信號

7、為基礎(chǔ)的焊接構(gòu)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(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)在評估準(zhǔn)確性方面具有明顯優(yōu)勢。應(yīng)用該方法編制了CRH380BJ型動車組動車構(gòu)架的損傷一致性臺架試驗載荷譜，結(jié)果表明編制的載荷譜能夠覆蓋所有關(guān)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(zhuǎn)向架構(gòu)架上復(fù)雜多樣的線路載荷對構(gòu)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(yīng)力