地鐵車輛制動(dòng)模塊疲勞強(qiáng)度研究.pdf

1、地鐵的飛速發(fā)展使得地鐵車輛的安全問題備受關(guān)注，而車下設(shè)備的安全可靠是保障地鐵安全和提高其整體性能的重要因素。制動(dòng)模塊作為地鐵車下設(shè)備，長期處于復(fù)雜的振動(dòng)環(huán)境，容易發(fā)生各種形式的失效，但是目前工程中采用的強(qiáng)度研究方法大多是以靜力學(xué)為主的傳統(tǒng)方法，對(duì)其振動(dòng)疲勞的研究一直有所欠缺。本文以振動(dòng)試驗(yàn)中產(chǎn)生裂紋的地鐵列車的制動(dòng)模塊作為研究對(duì)象，分別利用靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度和振動(dòng)特性研究，探究該制動(dòng)模塊產(chǎn)生裂紋的原因，提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案并進(jìn)行

2、試驗(yàn)驗(yàn)證。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN12663和IIW，用靜力學(xué)為主的強(qiáng)度研究方法對(duì)該制動(dòng)模塊進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明其靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　(2)對(duì)制動(dòng)模型進(jìn)行模態(tài)分析，確定結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)頻帶范圍內(nèi)的固有頻率，并在該頻帶范圍內(nèi)對(duì)制動(dòng)模塊進(jìn)行諧響應(yīng)分析，探究算法、步長和阻尼對(duì)諧響應(yīng)分析結(jié)果的影響，得到不同工況下不同測點(diǎn)的位移響應(yīng)和應(yīng)力響應(yīng)，并進(jìn)一步分析結(jié)構(gòu)共振時(shí)的疲勞強(qiáng)度。研究結(jié)果表明，該制動(dòng)

3、模塊在20Hz發(fā)生共振，其吊耳焊縫處應(yīng)力幅值超過疲勞許用應(yīng)力，這與隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中制動(dòng)模塊開裂位置一致。
　　(3)提出制動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，并對(duì)改進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、模態(tài)和諧響應(yīng)分析。結(jié)果表明，改進(jìn)結(jié)構(gòu)的固有頻率、安全系數(shù)均得到了顯著提高，同時(shí)共振頻率下的應(yīng)力幅值也低于材料的疲勞許用應(yīng)力。
　　(4)利用靜力學(xué)法和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)法分別仿真分析改進(jìn)結(jié)構(gòu)制動(dòng)模塊的沖擊強(qiáng)度，結(jié)果表明兩種方法計(jì)算的最大應(yīng)力均小于材料的許用應(yīng)力，且二者應(yīng)力趨

4、勢(shì)一致。在ANSYS nCode DesignLife中，利用Dirlik模型對(duì)改進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析，得到試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)該結(jié)構(gòu)垂、橫、縱三個(gè)方向的累計(jì)損傷之和小于1，改進(jìn)結(jié)構(gòu)疲勞壽命滿足要求。
　　(5)對(duì)改進(jìn)結(jié)構(gòu)的制動(dòng)模塊進(jìn)行掃頻試驗(yàn)和振動(dòng)沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明改進(jìn)結(jié)構(gòu)的疲勞耐久性得到顯著改善。諧響應(yīng)分析得到的共振頻率與掃頻試驗(yàn)所得結(jié)果一致，隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命仿真結(jié)果與隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果一致，驗(yàn)證了數(shù)值仿真的可行性和可靠性。