120km-h电力机车整车疲劳强度评估方法研究

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1、120km/h电力机车整车疲劳强度评估方法研究第1章绪论1.1选题背景与研究意义高速和重载是现代铁道运输所追求的两大目标，但是在高速和重载工况下，机车车体结构及其零部件所受的载荷将变大，这将加速其结构及其零部件的断裂，疲劳断裂的过程分为裂纹萌生、裂纹扩展和疲劳断裂三个阶段，但是对于疲劳裂纹的萌生和扩展又很难监测到，所以疲劳断裂事故的发生很难预测，而事故一旦发生就会造成不可挽救的后果。机车车体结构之所以会发生疲劳断裂问题是因为在其运行过程中受到交变载荷的作用，在交变载荷作用下车体结构会产生疲劳损伤，当疲劳损伤累积到一定程度，超过结构的损伤临界值时，结构就

2、有可能发生疲劳断裂。为了预防疲劳断裂事故的发生，就需要对机车车体承载部位加强监测，但是疲劳裂纹的萌生和扩展是很难监测到的，所以在机车车体结构设计初期对其进行抗疲劳设计是非常重要的，尤其是对于机车车体揮接结构而言。所以如何能够准确的对机车车体结构进行抗疲劳设计，已经成为机车车体设计制造中的重要研究课题，具有重要的研究意义。对于机车车体疲劳的预测方法国内外做了很多研究，也取得很多的成果，从而大大促进了机车车辆的发展速度。总体来说主要分为以下几种方法：（1)无限寿命预测方法，该方法是最初用于机车车辆的疲劳寿命预测方法，由于机车车体是铁路运输中的重要组成部分，

3、而机车的造价相对来说是比较高的，作为牵引机车其服役时间长和服役强度大，所以对机车的服役寿命要求就相当高，而无限疲劳寿命预测方法是基于S-N曲线的无限寿命部分对车体进行的疲劳寿命评估，该方法理论简单，计算简便，计算时间短，能够对机车车辆的设计起到有效的指导作用。（2)局部应力应变法该方法主要是针对名义应力法来进行的一种改进，该方法克服了名义应力法的缺点：名义应力应变法没有考虑缺口根部发生塑性变形对其应力的影响，而局部应力应变法在选取应力应变时，选取的是评价结构的根部应力应变数值，从而考虑了缺口根部塑性变形对结构应力应变的影响，使评估结果更加贴近真实的结果

4、。局部应力应变法克服了名义应力法的另外一个缺点，标准试件和具体结构之间并不能完全等效，两者的关系非常复杂，是因为这种关系和多种因素相关，如结构的几何形状，加载方式，结构的尺寸、形状、表面粗糙度等都会影响到这种关系，局部应力应变法考虑了这种因素的影响，局部应力应变法相对复杂但是对于机车车体疲劳的评估更加准确，但是局部应力应变法本身也有一定得缺陷，即点应力准则，因此对于缺口根部及其附近的应力梯度和多轴应力的影响其无法考虑到。（3)多轴疲劳分析前面两种方法主要是针对单轴情况下的应力应变状态对车体的疲劳寿命进行评估，但是车体在很多情况下并不是单轴应力状态而是多

5、轴应力状态，多轴状态下车体的应力应变要比单轴状态下的应力应变要复杂得多，针对多轴状态下的疲劳损伤模型目前主要分为三类。第一类是复杂应力状态下的静态屈服理论向疲劳理论的延伸?，第二类是基于能量的方法，第三类是临界面法。而临界面法是应用最为广泛的多轴疲劳评估方法，该方法经过长时间的发展和改进，现在提出了不同的临界面疲劳损伤模型，典型的有正应变模型，切应变模型，ultiaxialfatiguelifeassessmentdlgclinalandhotstresses[D].PhDthesis,Norpoatlabforanalysisofrandomicsi

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