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(yīng)用，其技術(shù)先進(jìn)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(diǎn)，就是其運(yùn)行速度大于200km/h，而且列車的速度還在不斷提升，以達(dá)到其高速運(yùn)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(dǎo)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(shè)計(jì)提供參考，具有非常

2、重要的實(shí)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)EN12663-2010《鐵路設(shè)施-鐵路車輛車身的結(jié)構(gòu)要求》，JIS E7106-2006《鐵路機(jī)車車輛客車車體設(shè)計(jì)一般要求》和《200km/h及以上速度級鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定》的基礎(chǔ)上，選用EN12663標(biāo)準(zhǔn)作為車體強(qiáng)度、剛度和疲勞強(qiáng)度分析的依據(jù)，確定了車體的載荷工況，分別對其靜強(qiáng)度、剛度和疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了評估。計(jì)算結(jié)果表明

3、:靜強(qiáng)度和剛度滿足要求標(biāo)準(zhǔn)要求，采用最大主應(yīng)力原則對車體多軸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了評估，其疲勞強(qiáng)度滿足要求。
　　其次，采用準(zhǔn)靜態(tài)疊加法對車體疲勞壽命進(jìn)行了計(jì)算。通過建立車輛系統(tǒng)動力學(xué)模型，考慮線路激勵，計(jì)算了高速列車不同速度級別下的車體隨機(jī)載荷時間歷程。綜合車體單位載荷下的靜強(qiáng)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(jì)算得到了車體在不同速度級別下的疲勞損傷。準(zhǔn)靜態(tài)疊加法疲勞損傷計(jì)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(jìn)行了疲勞損傷計(jì)算。首先計(jì)算了車體在空車和整備狀態(tài)下的模態(tài)，并進(jìn)行了對比分析。接著對車體進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)計(jì)算，得到各階模態(tài)瞬態(tài)響應(yīng)時間歷程，分別計(jì)算單個模態(tài)和多個模態(tài)疊加后的模態(tài)應(yīng)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(chǔ)上，本文對車體疲勞壽命預(yù)測的準(zhǔn)靜態(tài)疊加法和模態(tài)疊加

5、法進(jìn)行了對比分析，計(jì)算結(jié)果對比表明:采用模態(tài)疊加法計(jì)算得到的車體壽命相對準(zhǔn)靜態(tài)疊加法計(jì)算得到的車體壽命在動態(tài)關(guān)注點(diǎn)上要低，主要原因?yàn)?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(jī)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(dǎo)致該部位的疲勞損傷大大增加;而準(zhǔn)靜態(tài)疊加法的疲勞損傷計(jì)算是考慮車體單位載荷靜強(qiáng)度與隨機(jī)載荷時間歷程的線性疊加得到應(yīng)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(guān)?？紤]列車不同