高速列车车体结构振动疲劳研究

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1、国内图书分类号：U260．331西南交通大学研究生学位论文年姓专二零一三年六月一奄一二，牛／、月密级：公开ClassifiedIndex：U260．331SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisFATIGUELIFEANALYSISOFRANDOMVIBRATl0NFORHIGH—SPEEDVEHICLECAR．BODYGrade：2011Candidate：RuixianXiuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpe

2、ciality：VehicleEngineeringSupervisor：Prof．ShouneXiaoJune，2013西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密口，使用本授权书。V(请在以上方框内打“、／

3、”)学位论文作者签名：碜绋仙日期：知侈。∥．2硼、写_0A％氰沙签：师期老日导指西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：(1)本文从时域和频域的角度分别论述了随机振动的疲劳分析方法。并且针对不同的方法进行了对比分析。通过对比发现：对于大型、载荷复杂、应力服从高斯分布的结构采用Steinberg三区间法简单易行，采用其他方法均有一定的局限性。(2)针对目前对于高速列车车体疲劳寿命的预测未考虑轨道不平顺随机激励的现状，本文以CIT400高速列车为载体，通过建立轮对、构架和车体的有

4、限元模型，按照德国低干扰轨道不平顺功率谱，利用ANSYS有限元软件对车体的随机振动应力响应进行了分析，采用三区间法和Palmgren-Miner线性累积损伤理论对车体的随机振动疲劳寿命进行了预测。结果表明：CIT400高速列车车体能够满足运行里程240万公里的要求。(3)针对铁路的高速化，列车车体的振动问题日益突出的现状，本文从车速、轨道不平顺等级两个方面出发，研究二者对车体随机振动疲劳寿命的影响。最后对比分析了焊接标准BS-ENl999、IIW下车体的疲劳寿命，研究二者在计算车体疲劳寿命过程中存在的差异。本人郑重声明：

5、所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：伤绋砒日期：,2013．6．2西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要伴随着人们对日益增长的速捷、方便、安全、舒适的交通需求，高速铁路应运而生，且列车的运行速度越来越快。而速度的提高会加剧列车的振动。大量的实测数据和数值模拟表明，高速列车的振动具

6、有很强的随机性，长期振动会造成列车的结构部件产生疲劳损坏，影响车体的使用寿命；严重时，可能危及人们的生命和财产安全。要想通过试验的方法对承受复杂随机载荷的高速列车车体结构进行疲劳寿命分析目前做的还不完善。因此，本文基于随机振动理论，采用有限元模拟仿真的方法，对轨道不平顺随机激励下的高速列车车体的疲劳寿命进行了预测。首先，本文分别从时域和频域的角度论述了随机振动疲劳的分析过程，并且详细地介绍了主要的几种频域法。对比发现：对于大型的复杂结构，时域法因其计算效率低而不被采用；对于大型、载荷复杂、应力服从高斯分布的结构采用Ste

7、inberg提出的三区间法计算简单，容易实行。其次，对比分析了名义应力、热点应力、缺口应力的疲劳特性S-N曲线。热点应力需要试验的数量相对较少，几何引起的应力集中可以比较容易地采用有限元的方法计算。因此，很多专家学者推崇于计算采用越来越受到关注的热点应力的S-N曲线。然后，针对目前高速列车车体疲劳寿命的预测未考虑轨道不平顺随机激励的现状，本文以CIT400高速列车为载体，建立了随机振动疲劳分析的车体结构详细有限元模型，轮对和构架结构的等效简化模型。采用梁单元对轮对和构架进行等效简化。通过模态分析对比来验证轮对、构架模型等

8、效简化的合理性。最后，通过分析各国的轨道不平顺功率谱，发现各国给出的均是空间不平顺轨道谱，因此需要通过一定的公式将其转换成时间轨道谱，作为高速列车的轨道不平顺激励。利用三区间法和Palmgren．Miner线性累积损伤理论，对施加德国低干扰轨道谱的车体结构进行了疲劳寿命预测。结果表明：车体的使用寿命满足实际运行里程的