基于有限元的铁路车载变流器柜强度与疲劳寿命分析new

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1、中南大学硕士学位论文基于有限元的铁路车载变流器柜强度与疲劳寿命分析姓名：王超申请学位级别：硕士专业：载运工具运用工程指导教师：田红旗20071101摘要铁路车载变流器柜的可靠性直接影响着列车电子系统的可靠性和行车安全。随着列车运行速度的不断提高，铁路车载变流器柜的疲劳问题日益突出。为了保证柜体的可靠性，结构强度与疲劳性能成为迫切需要研究的内容。由于在设计阶段无法获取结构实际疲劳载荷谱，应用有限元方法获得模型的应力分布，结合试验标准载荷谱对结构进行试验疲劳寿命仿真预测，并进行样机疲劳试验验证是在设计阶段保证结构耐久性的一条

2、有效途径。本文总结了国内变流器柜强度及疲劳分析的现状，根据实际情况确定了基于试验标准的铁路车载变流器柜强度与疲劳分析方法。采用大型有限元分析软件ANSYS建立变流器柜的有限元模型，根据相关试验标准对柜体进行了静强度分析、模态分析以及冲击强度分析。基于变流器柜单位载荷下的应力分布，应用基于有限元的名义应力法，结合标准试验载荷谱，采用疲劳分析软件MSC．Fatigue对变流器柜进行疲劳仿真，得到了正弦恒幅和随机振动载荷下变流器柜98％存活率下的全寿命分布。通过随机振动分析获得变流器柜的响应功率谱，采用功率谱密度函数法分析变流

3、器柜振动疲劳寿命。根据分析结果对结构进行了改进，对改进后的变流器柜重新进行了强度与疲劳分析。结果表明改进结构的强度与疲劳耐久性均有改善。最后通过与振动冲击试验结果的对比，验证了数值仿真结果的可靠性。本文采用的研究方法对铁路车载零部件的强度与疲劳考核有一定的参考价值，对提高变流器柜的疲劳试验通过率与行车安全性有重要意义。关键词：变流器柜，有限元，强度，疲劳分析ABSTRACTTheMechanicalpropertiesofrailwayvehicleconvertercabinetaffectthereliability

4、ofelectronicsystemsandsafetyoftrainoperationdirectly．Withtheadvancementoftrainspeed，fatiguefailureofvehicleconvertercabinetsbecomesmoreandmoreserious．Inordertokeepreliabilityofthecabinet，itneedsUStostudythestructurestrengthandfatiguepropertyurgently．Owingtothefai

5、lureofobtainingpracticalfatigueloadspectrumofstructure，obtainingstressdistributionbythefiniteelementmethod，makinganexperimentalfatiguelifepredicationonthestructurewithexperimentalstandardloadspectrumandcarryingoutprototypefatiguetestisaneffectivewaytokeepdurabili

6、tyofthestructureinthedesigningstage．Thethesissummarizespresentstatusofthestrengthandfatigueanalysisofdomesticconvertercabinet，andamethodoffatiguestrengthanalysisbasedonexperimentalstandardforthecabinetisbroughtforward．Finiteelementmodelofconvertercabinetwasbuiltw

7、ithanalysissoftwareANSYS．Thenstaticstrengthanalysis，modelanalysisandimpactstrengthanalysisonthecabinetwerecarriedoutaccordingtocorrelativestandards．Basedonthestressdistributionofconvertercabinetunderunitload，thenominalstress．approachoffiniteelementandexperimental

8、standardloadspectrum，fatiguesimulationoftheconvenercabinetwasfinishedwithMSC．Fatigue．Thus，wegot98％totalfatiguelifedistributionsofconveRercabinetundersineandran