跨座式单轨车体载荷反演及疲劳寿命预测

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1、国内图书分类号：U271.92密级：公开国际图书分类号：629西南交通大学研究生学位论文跨座式单轨车体载荷反演及疲劳寿命预测年级二〇一五姓名朱义名申请学位类别工学硕士专业车辆工程指导老师邬平波研究员二零一八年五月ClassifiedIndex:U271.92U.D.C:629SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisCARBODYLOADINVERSIONANDFATIGUEPREDICTIONOFMONORAILVEHICLEGrade:2015Candidate:Zh

2、uYimingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:VehicleEngineeringSupervisor:Prof.WuPingboMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要近年来轨道交通发展呈现多样化趋势，单轨车辆成为一种新型城市轨道交通工具。车辆运营里程达到高级修后，车辆各组件性能状态如疲劳失效情况需要进一步评估。其中，在复杂振动条件下的车体疲劳寿命评估一直是车辆系统运行安全性研究重点。本文根据某单轨车辆实际线路试验测试数据，

3、对车体主要承载位置提取加速度与动应力数据，提出了一种基于车辆系统动力学的载荷反演识别方法。空簧处采用线性模型，中心销及车钩处载荷采用影响因子，将线路实测的加速度和动应力数据，分别反演出空簧、中心销及车钩处的载荷，并在UMSimulation软件中建立单轨车辆动力学模型，仿真得到载荷时间历程的数据，并与模型反演结果对比，验证反演过程的准确性。在ANSYS中建立车体有限元模型并进行自由模态计算，得到前40阶模态振动频率和振型。通过施加0-50Hz范围内的单位正弦载荷激励，获取车体上多个观测点的谐响应，获取频域修正系数。将载

4、荷信号进行傅里叶变换，开展基于谐响应的频域修正。通过准静态分析，得到时域修正系数，将逆变换回时域的载荷信号进行时域修正，得到最终修正后的载荷时间历程，为车体振动疲劳分析提供了重要支撑。将修正后载荷条件输入模型中，进行车体疲劳分析，得到疲劳各观测点的动应力历程。依据FKM焊接结构评估标准，对应力进行雨流计数，修正得到平均应力，根据标准进行疲劳分析，得到各观测点疲劳损伤计算值，通过利用度与损伤转换关系，根据最大损伤值预测车体疲劳寿命。本文通过时域和频域结合的方法进行疲劳寿命的评估，更加准确的模拟分析车体振动疲劳情况，并为车

5、辆运用维护提供了理论支持。关键词：单轨车辆；载荷反演；载荷修正；FKM标准；疲劳寿命西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractInrecentyears,thedevelopmentofrailtransithasdiversified,andmonorailvehicleshavebecomeanewmodeofurbanrailtransit.Afterthevehicleoperationmileagereachestheadvancedrepair,theperformancestatusofthe

6、vehiclecomponents,suchasfatiguefailure,needstobefurtherconsidered.Therefore,theanalysisoftheresiduallifespanofvehiclebodyvibrationisthefocusofresearchinthefieldofrailtransit.Basedontheactualtestdataofasingletrackvehicle,theaccelerationandstraindataareextractedfr

7、omthemainbearingpositionofthecarbody,amethodofloadinversionbasedonvehiclesystemdynamicsisproposed.Thelinearmodelisusedintheairspring,theloadofthecenterpinandthecarhookisusedtoinfluencefactors,andthemeasuredaccelerationanddynamicstressdataofthelinearecalculatedre

8、spectively,andtheloadoftheairspring,thecenterpinandthecarhookarerespectivelyreversed.Theloadtimehistoryprocessonthevehiclebodyisobtainedrespectively.Inthispaper,thedy