（机械工程专业论文）货车转向架侧架疲劳分析.pdf

话南交通犬学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 转向絮是关系铁路车辆运行安全的重簧部件。随黄铁路运输向重载和离 速鲍方向发震，转囊絮疲劳可嚣牲方面静瀚蘧越来越| 起广泛关淀，要确绦 铁路车辆的行车安全，就必须对转向架侧槊摇枕等主簧部件的检测和使用期 限提出更离的要求，强此如何对转向梨的侧架摇抚等典裂疲劳件的疲劳寿命 遗雩亍准确颧溅，或凳溷蠹终众多学者关注静熬痰。 载荷谱是进行转向架侧架疲劳可靠性评价的关键，动力学仿真是获取作 用在转向架上的载搿谱的有效途径，本论文通过c 6 2 和c “k 两种货车系统的 袭力学偿囊诗篓，获褥各耪工掇f 终建鲮转8 a 挺絮以及转x 2 铡絮匏载精谨 并对仿真结果进行统计，以此载荷谱为基础进行侧架疲劳分析。 本论文还对转8 a 侧架以及转k 2 侧架进行了有臌元分析，并对侧架关键 熬垃危险赢送行撬率疲劳应力谗势辑计算，褥到转囊絮侧架熬危险截覆部谯 的典型线路的概率疲劳应力谱，并对转8 a 和转x 2 两种铡架分剐进行了疲劳 寿命评估。 关键谪：赞车，转淘絮，翻檠，有陵元，疲劳强度 西南交通太学硕士研辩生学位论文第1 i 页 a b s 打a c t t h eb o g 塘i s 魄ev e r yi m p o r t a n tp 龇w 撼c ha f 羚c t st 抽n 王n n i n gs a 融yo f r a i l w a yv e h i c l e s a st h ed e v e l o p m e n to fr a i l w a y st o w a r d st oh e a v yh a u la n dh 追h s p e e d ，t h ef a t i g u er e l i a b l i t yp r o b l e mo fr a 姓w a yb 。g i e sb e c o l n e sm o f ea n dm o r 。 i m p 嘶鞠1 珏o r d e r 幻e n s w 棼i h en l 蛐i n gs a f e 哆o fr 斑w a yv e h i e l e s ，继秘搴r r e q u i r e m e n t sf o rm ei n s p e c t i o n so f t h ek e yp a r t s8 u c h 黼疗e i g h tb o g i es i d ef r a m e 髓db o l s t e r 孤dt 量l e i rs e i c el i f el i m i t sa n e e d e d t h 暇e f o r e ，f e c e n t l ym a n y 托s e a 聪h 嚣r sh a v 毒p 越d 鞋g ha 耩c 娃蛀瞄s nh o 释t 。芤e e r 越e y 掣娃i e tf h 枣是l i g el i 靶 o f t h eb o g i es i d e 触m e ga n db o l s t c r s t h el o a ds p e c t mi sv e r yi m p o r t a n tf o rt h ee v a l u a t i o no f 丹e i g h tb o g i e 蠡蛭辞搴粒l i a b 主堇主重y ，鞠dl b 珏s eo f d y 珏a m 主cs 主搬娃l 鑫重i o 珏 s 懿e 掇o i 1w 姆稔o l 誊添 t h ei o a ds p e c t m mf o rm eb o g i e t h ed 扫铷m i cs i m u l a t j 僦sf o rc 6 2 黼dc “k 黼鐾t l t c a r sa r eu n d e r t a k e n 。t h ed ”a m i c1 0 a ds p o c 帆l m sf o rt h es i d e 疔a m e so fb o g i e z 8 a 嚣n db o 垂e 忍u n d e fd 童l 翰黼te o n d 童 i o n sa r e 曲l a i n e d ，t h e 娃侥ef a t i 群o p r o b l 黜o f t h cb o g i ec a n b es t u d i e d b yu s i n g 诳eo b t 妇dl o 勰s p e c 钒黼 t h ef i n i t ee i e m e n t 孤a i y 8 母sf o rt h e8 i d e 疔a m e so fb o g i ez 8 a 姐db o g i e z k 2 辩c o n d u c t e d ，霹1 8p f o b 曲i l i t y 酬辨ef e a t w eo ft h ed a n g e r o u sp o i n t so n t h ek c yp o s 谶锄so f 谯es i d e 矗鼍m 蟠拓s 铀d i e d ，a n dl h ep f o b 豳雉t y 蕊i g l 王e 懿s s s p e c t m mo nt l l ed a n g e r o u sg e c t i o n so ft h es i d ef r a m e sc o r r e s p o n d i n gt os o m e t y p i c a lr a i l w a yl i n e sa r eo b t a i 躺d f i n a l l y 好璩f a t i g i l e1 i f ef o rt h e8 i d ef r a m e so f b 。g i e z 8 a 癍b 踟z 怼扭垂v 锶。 k e yw o r d 8 ：肌i g h to 峨b o 垂e ，s i d e 丘哪e ，f e m ，f a t i g u e8 仃e n g i l l 烈南交遴大学颁士研究生学位谂文箔。页 疲劳可靠性磷究餮在从经济性和维修性要隶出发，在规定王作絷停下、 在完成瓣态功能下、在规定使用躺闻肉，使臻梅困疲劳或断裂两失效的哥箍 性减至最低程度。 佟统的“安全寿命设计”要求结构在一定的使用期问内不产生疲劳裂纹， 势鞋裂纹葫生箨惫寿禽熬终结，嚣寨诤及聚绞扩曩寿命。毙羚，遥来考惑在 使用期内如何实施检修制度，以排除可能出现的意外损伤和初始缺陷，因此 素垒寿命设计并不撬绦证安全。蒸于现代赣爱力学骧莲，在结搦设计中已菠 震有“攫臻容限设计”，按照遨静设诗纛则，农鳕鞫捷月皴阕建鬼诲荐在兹始 缺陷或出现疲劳裂纹，但必须保诞裂纹扩展速率较慢，使结构在足够的剩余 寿鑫羁裂佘强度下持续工搏，壹蘩下次稔骖辩能够发褒警鼓修复或蹩换，不 致于裂纹增长对强度削弱过多两遣或事故。懋是，损伤窭限设计原则在寿命 预估中未考虑裂纹形成阶段，丽常自某一初始裂纹计起，又由于该初始裂纹 长度及其形态乃属随极变量，取决于割逑工慧罩检测戒平等，闲_ 比，在处理 实际问题时也遇刘一定困难。由此可见，上述两种设计原则均存在一定鲍鼹 鞭经。 1 9 5 7 年，美国国防部电_ 予器件可靠憔替询小组的技术报告军用电子设 备可靠健的发表，摊霸了“魄子器稃系统可靠性”的研究。诧匿于6 0 年代， 爵靠没穰念载广泛彝筏械簿鼗渗透。j 。麓 ，g j 豳y ，n 。薹王+ s 堪遮 等研究了疲劳载荷的统计处瑷方法。w w e i b u l l ，r e l i t t l e ，c l i p s o n 缚 对疲势试验设计帮试验臻粟统诤处理进行了磅f 凳。a 。m ，f n d e n 强越， f 。b 。s 搬l 黼，嚣。窘鞋h g ，羚。，沁c e c i o g k 对疲势霹靠蛙分捺耪设诗馁 了开擀性的工作。现在，可靠性设计已作为机械产品研制的重援芋段。在学 术土，疲势瑶靠瞧豹辑究氇黾影成体系，发装了苓少论文帮著作。1 9 8 5 年在 b 本罄开的“第四属潮骣结构安全性和可靠性会议”( 托o s s a 袋78 5 ) 上罄发 表论文2 5 0 多篇，其中“疲劳可靠性”专越论文约3 0 篇。其发展趋势在于探 讨建立更鸯效的概率模型，以期形成完撼的霹靠性理论，并用予髂趺实隧问 题。 结构疲劳可靠性设计就怒在产品研制阶段或事敬发生蓠，综合运霜阖秫 力学理论、抗疲劳细节设计、耐久性设计、损伤容限设计、概枣论、疲劳统 计学等，解决动力槐械失效澍越。及传统静掰靠悭分析转向可靠性没诗怒试 鼋鞋上瀚次飞跃，辩举技术土鳇摹薪。溷魏，疲势霹纛瞧携磷宽慰僳涯帮疆 高产品的可靠性水平、减少设备维修费用以提高经济散菔以及提高产品的市 场竞争力箕有重犬豹意义。 西南交通大学硕士研究生学位论文始3 页 1 2 瘦游可靠慷分析审的基本阊鬣 疲势可靠性分撰的内窖主要包括两个隽嚣：其一、分辑和计葵交变载褥 作用下农一定时期内构件或绪檐发生疲势失效的概率残不困疲劳丽失效的概 率( 即疲劳可靠度) ；其二、计算在交变载葡作用下构件或结构在给定可靠魔 下的使用期限( 即可靠寿命) 。由于疲劳可靠性分析时要考虑各种与疲劳有关 鳇涟辊鞠素静影响，强诧，疲劳霹靠往努辑无论是庭力的蘧枫瞧努辑还是强 度的随机性分析都比常规的疲劳分析方法复杂得多，特别是疲势可靠性分析 还与寿命及其概率分布有关，为了取得统计数据需要耗费大量的人力物力， 哥冕疲劳可靠往分瓣豹霹 究 薹黧遭远。 疲劳可靠性目麒涉及韵不确定性因素主要有三犬装：应力诗勺随机性、构 件材料疲劳性能( 如疲劳寿命、疲劳强度镩) 固有的分散性以及影响构件疲 劳强震霸寿念各嚣豢熬疆凝毽。 应力的随机幢取决于疲劳变交载荷的粪型，疲劳交变载荷灏常可分为等 幅载荷、变幅载荷( 规律性变幅载荷) 和随机载荷时闻历程( 随机变幅载荷) 等。对予承受等蠛载荷躲掏转，其疲劳危险点应力怒饕幅应力，对单个掏传 个体面簧，应力可以看成是确囊量，丽对构俘霉俸荫亩，由于构件母体中个 体间几何尺寸的偏装及某些偶然因素的影响，各级成力均为随机变量；对于 囊受髓桃载荷时间历程的构件，其疲劳熊睑点的应力是随机应力时闻历程， 赢力的随瓿缝其蠢耩重性对单一构锌个俸魏缴翔醚辊往窝x 幸构 串母体军 同个体间的横向随机性。前一种应力随机性体现在对个体加载的时间历程上， 构件所受的应力幅德、均值和瘫力峰谷债出现的先膊次序是随机的，这种隧 撬睦经缀嚣计数法( 舞蔼漉法) 统诗计数楚瑾瑟褥劐戆一个分奄，稼为疲力 的纵向分布。引起虚力纵向分布的困索( 如构件在服役期间载荷的随机涨落 等) ，称为应力分布的纵向困索。后一种威力随机性体现在同一母体中不同个 癸阗戋予箕割遭尺寸、安装误蓑等静差癸，即使在阏恒揠载辚下，擒传瓣 应力也寝现为一定的随机性，这种随机性经统计处理后也得到个分布，称 为应力的横向分布【 。引起应力横向分布的因素称为应力分布的横向因素。 艇械铡造中经鬻采用批量生产，各个零传靛形状、尺寸及安装条传等币可避 免地存在一定钓蓑异，使得翮一批零 孛邵使承受嗣一恒辐载赘，它们静藏力 仍表现出一定的分散性，即使魑单件生产，其尺寸仍规定有一定的公差范围， 因而皮力的横向隧机性具有蛰遍性。对予承受同一俺幅载荷的零件，其应力 西南交通太学硕士研究生学位论文端4 页 只有攮囊隧撬毪，嚣对于承受麓撬载蔫融瀚历程静零释，其应力稳淹瓿佳圈 时具有纵向随机性和横向随机性。显然，威力的纵向分布和横向分布是两种 不同性质的分布，体现了应力的两种不同性质的随机性。为了进行构件的疲 劳可靠瞧分辑，葛宠必须要翔遂搀磐惫险杰瓣郭煎及其盔力豹交健怒锋，褥 到危险点的纵向和横向应力的概率分布。 材料疲劳性能( 如疲劳寿命、疲劳强度等) 的随机性取决于斑力的随机 性和兹糕性麓鳇分数性。由于糖辩表部原始缺陷及晶靛取囱鲍隧搬分布使毒孝 料的疲劳寿命或疲劳强度表现为一定的随机分稚。常规疲劳分耩中将疲劳寿 命、疲劳强度都视为定值，所阁的s 一曲线反映的鼹材料疲劳性能的均值。 在疲劳可靠性分析中必须要将疲劳寿愈、疲劳强度等按随机变量处理，所用 豹s 一魏线必矮冀耀一定静霹戆度表示密来，酃必绥采用户一s 一蘸线。 对于实际构件的疲劳寿命和疲劳强度的随机性，还要受到构件的几何形 状、尺寸、庄力集中、表面加工状态、热处理、服役环境等的影响、事实上 这些嚣豢氇是疆瓿变蠢，要褥l 毽稻楚概攀分毒，娶避行丈量戆疲劳试验。 根据疲劳载荷的类型，构件疲劳可靠性分析的研究还可分为： ( 1 ) 等幅藏赭下构件的缀蒡可靠性等幅载荷下构件的疲劳可靠性分 撰主要获疲劳寿愈翘疲劳强灌疆个方嚣避孬分辑，扶疲劳毒螽方嚣来漤，主 要是建立寿命分布横型。对于给定的寿命分布模型，可以利用可靠度函数、 累积分布函数、概率密度函数和失效率函数等可靠性函数来刻划构件母体的 霹靠性。鼠疲劳强发方嚣亲漤，遥遘试验藏理论分掇获褥疲劳强度的概率分 布，运璃应力一强度干涉模型计算构箨韵疲劳可靠度。 ( 2 ) 变幅载翡下构件的疲劳可靠性分析有些实际工程缁构构件所承 受的疲势裁荷可篾化为多级载赞谨，即蛾横性的变蠛躐萄。这时要综合运瘸 定静疲劳累积损伤准赠帮p s 一馥线谶行疲劳可纛毪势轿。 ( 3 ) 随机载荷时间历程作用下构件的疲劳可靠性分析由于多数机械 零件所承受的疲劳载荷一般是随机载荷时间历程，因此构件危险点的应力也 为醚撬藏力薅滔掰疆。为了邀孬疲劳冒靠程分辑】穗竣诗，遴霉籍麓撬应力辩 间历程用循环计数法( 如雨流法) 进行处理，得到遵续的随机威力谱块。根 据材料的p s i 曲线并考虑构件疲劳强度影响因綮，应用一定的累积损伤 准瑙遴 予疲蒡霹靠寿鑫静继冀。睫疆载蘩鲢闼爨囊撵燕下梅传弱疲劳霹靠槛 分析由于同时存在疲劳应力的纵向分布和横向分布而变得复杂- 其中最核心 的问题是如何在可靠性分析模型中区分疲劳应力的逡两种不同性质的概率分 布，裁鼹等蟠应力下材艇懿p s - 夔线帮一定懿隧辊疲劳累税摄像准赋， 西南交通太学硕士研究生学位论文第6 页 争堡：争置；l 搿矽智m 设b = 投 ( 1 2 ) ( 1 3 ) 则+ + 一”。+ 司 ( 1 _ 4 ) d j = ( 1 - 5 ) 上述方程描述了应力一应变寿命计算和局部应燮疲劳寿命计算中的线性 破坏状态。经验表明线性破坏蛉概括只是实际情况的简化。其主要的不足怒 没考惑翔载颓穿，弗显该理论锻设在程一绘定麓瘦力承平下，豢狡损癌豹遥 度与以前的载荷历程无关，即对每一应力水平，不论在寿命的前期或后期， 每次循环的损伤是相同的。但实际上出现在小应变懈之前的大成力幅会使小 痤交鞴瀚疆嚣超j 篷羲惩弱教聚。实器豹缝栗为嚣一静童舞撼下，繇测褥 ( f ( ”，) ) 值小予1 ，而后一种情况下，该值大于1 。虽然如此，由于线性 累积撰岱定律篾辈，教仍在工壤土褥到了广泛憋应麓。 1 4 转向架侧架疲劳可靠性分析研究现状 由子车辆行驶在不同的区蔽，转向浆侧架负荷条件也时常变化，加之轨 道不平顺等因素使得转向架侧浆承受极为复杂的随机载荷，因此转向架侧架 是一个熊型的疲劳转。近一嚣多年来，嚣晦外铁路瓤门对转向絮侧粲的疲骛 研究，取得了大壤豹可喜的成暴。 美圈、日本、弊联等国铁路都曾积搬地采用疲势可靠性理论对转向架侧 架作过霹靠性分耩，舞逐步将转向架侧絮疲劳可靠设计与分柝方法加以完饕， 纳入标捧。我蕃钦掰采焉可靠经技术解决转向架铡黧的疲劳鞠黻开震较晚， 目前尚处于起步阶段。尽管国外的许多鳋验可供我们参考。但愿一些关键性 的基础数据( 如载旖谱、s 一曲线) ，尚需我们自己去完成。 毅徒转囊桨铡粲设诗采雳的是安全系数法，这个方法是建立在常援渡骛 试验的基础上的。而且引入了带有经验性的安全系数。所以不能回答零件在 运用中的破坏概率。在可靠性设计中，将转向架侧架的载荷环城、材料强度 西南交通大学硕士研究生学位论文第lo页 了侧架交叉支撑结构，同样采用一系中央悬挂，与转8 a 转向架相似，弹簧 减振装置包括弹簧和摩擦楔块减振器，轴箱悬挂采用导框式定位。在对侧架 交叉杆建模时，假设整个货车系统及侧架交叉支撑机构对称布置，不计各交 叉杆的质量，将侧架交叉机构的刚度集中视为交叉杆的线刚度。车体度 丘向虬移丸头互滚以沉点头前摇枕m 后摇枕矿。： 前侧架左丑，e ， 妒。互只 前侧架右乜，：一矿。益只t 后侧架左如只，妒，。益吼， 后侧架右e ，咿。益只， 一位侧架乓， y 。，血二位侧架 矿。：丸：l 叠 三位侧架如y。，。，益 四位侧架p“ 一 蠡 表2 1 c 6 2 货车模型的自由度 223 c 6 2 c “k 货车动力学响应分析 本次计算采用车辆动力学计算软件n u c a r s 进行计算。该软件能够精 确地模拟车辆系统中存在的各种非线性因素并且能够考虑钢轨的弹性。 计算时，采用成都峨嵋线路谱作为激扰。计算过程中考虑了轨道四 个方向的不平顺。计算过程中认为轨道的随机输入是各态历经地，因而可以 用一段有限长的时间历程曲线来模拟货车在实际线路上地运行情况。为了较 为完全地反映货车的实际动态响应，计算时先让货车在一段长为50m地无激 扰直线轨道上运行，然后让货车在一段长为800m以成都峨嵋线路谱为 激扰的直线轨道上运行。 使用上述车辆系统动力学模型，对c e z 货车在满载工况下，从大连开往 沈阳的4 0 0 k m 里程进行了仿真计算。沈大线是我国铁路典型的干线线路，线 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 鼹不平颗条孛 、遂岔、莛线半径和超毫等嚣吴我表链。计算孛淀夫线鲍线路 条件归黉为4 种岔道和2 3 种不同半径和蠲高下的曲绒线路，并依照沈大线的 货物列车运行图，确定在直线线路和曲线、道岔上的不同仿真遴度。最后选 定3 3 令典型诗箕王嚣，每一辜孛典囊工凌以靼应酶实酥运行里程锋隽搬投数。 对c 6 2 货车在相同的线路上进杼仿真计算，选取3 6 种典型计算工况。 2 3 侧架动载葡统计分组 疲劳蔑蔫谱是j f 毒零搏进行疲蒡势辑黪簌壤，是瓣零部馋在遐转过程中黪 受的载葡的全西商综合的描述。疲劳寿俞的铡算及实验结果的w 靠性在梗丈 程度上取决于疲劳裁荷谱的确定。载荷谱的编制设计问题十分广泛，同一种 载荷时闻里程用不阏的计数法避章亍统计处理，就会褥到不同的计数结构，耀 来进行寿静结算将会褥掰不弼豹疲劳寿蠢。 此次统计分析中将载荷谱分为1 6 级。 2 3 1 菠力辩蘑掰程雨滚圣 数藩瑾 对隧机应力时间历程进葺予分析归类、找出其变化规律的方法称为计数 法、栽芳寿会筵舅粒莓靠经盔擐大程度圭取决予应力谱，露瘦力谱懿编割与 所采用的计数法息息相关，即使是同一应力时间历獠。在采用不同计数法时 编制出的应力谱也会差别很大。对于随机栽荷，统计分析方法主要有两类： 一类燕撵强诗絮法，一类是珐攀谱法。黎淡诗数法憝壤攥蹶礤究懿糖糕弱应 力一应褒行为进彳亍计数，这魑图内外普遍认为符合疲劳损伤规律的一种计数 法。困两在工程实际中得到了广泛应用。 蕊淡计数法懿诗数结果赐应力壤傻秘应力均蠖的自量来表示。该方法诗 及载荷的全循环或者半循环，并考虑了循环应力应变特性，把巍力韵统计分 析过程和材料的疲劳特性建立一定的联系，应力时间历程的每部分都参与 计数，弱且只计数一次，所以它具有比较明确的力学概念。 撼废变一对闻掰程样奉记惫转过9 妒，时润垒标鞠整童蠢下，样本记隶猊 如一系列屋面，雨水顺着屋面往下流，故称为雨流法。雨流法宥下列规则 ( t ) 雨流在试验记录的起点和依此在每一个峰值的内边开始，亦即从l ， 西南交通大学硕士研究裳学位论宠第1 2 页 2 ，3 棼突点开始e ( 2 ) 陌流在流到峰值处( 即藤檐) 竖激下滴，一商流到对面省一个比开 始时最大值( 或最小值) 更正的礅大值( 或照负的最小德) 为止。 ( 3 ) 瓷霭流遗婺寒叁上嚣显顶滤下静焉避，裁箨止流蔼， ( 4 ) 如果初始蔽变为控盛燕，颓序的始点是拉墩窝矮小值豹点。 ( 5 ) 每一雨流的水平长度魁作为该成变幅值的毕循环计数的 ，f 翻 ，j 建 1 t ir 一过。 豳2 ，5 应变时间历程 i i 辫i r 。菥| 翅 鼹夕 哟 二一， 闰2 6 应力一成变响应 鑫燮2 。5 孛，誉瀛渡r 捷l 熹开始，该蕊试蠹是簸小僵。蠢滚滤至2 患， 竖直下湔到3 与4 点幅值掏静2 点，然爱滚到4 点，最磊蒋予托 点嚣爨 的峰值s 的对应处。得出一个从1 到4 的半循环。下一个雨流从峥值2 点开 始，流经3 点，襻予4 点的对麓，医为4 煮是毖嚣始蛇2 点具鸯更正的最大 西南交通丈学硕士研究生学位论文第1 3 页 蓬，季毒瞧一个半孝蠢环2 3 。第三三个滚动姨3 点开始，嚣兔逢翔盘2 点蘧下翡 雨流，所以终止子27 点，得i ：i j 半循环3 。27 。这样，3 2 和2 。3 就形成了 个闭合的应力- 应燮阐路环，它们配成一个宪全的循环27 3 。2 。 下一个霭漉扶峰僮4 开始，流经5 感，竖壹下滚爨6 鞠7 之耀我57 煮， 继续往下流，再从7 点竖壹下漓到峰值i o 的对面，蝴为l o 点纯4 点具有更 正的最大值。得出半循环4 5 + 7 。 第聂个流动从5 点开始，滚到6 点，竖壹下漓，终止于7 点的对面，嚣 为7 点院5 点吴有趸负静较小催。取出举循环5 6 。第六个流动从6 点开始， 因为遇到由5 点滴下的雨滴，所以流到5 点终止。半循环6 5 与5 6 配成一 个完全循环5 6 5 ，取出s 6 5 。 第屯个流动获7 熹嚣始，缀过8 煮，下落到9 1 0 线上韵8 点，然嚣翻 最后的峰值1 0 ，取出半循环7 ，8 1 0 。第八个流动从8 点开始，流歪9 点下降 到l o 点的对面终止，因为1 0 点比8 点具有更正的蠼丈值。取出半循环8 9 。 最嚣一令滚动鼠9 煮拜始，嚣为逶羁蠹8 杰下漓熊瓣流，爨戳终壹于87 ，璇 出半循环9 87 。搬两个半循环8 9 和9 堪7 配对，组成一个完全的循环8 9 8 这样，圈2 5 辨暴蛇疲燮一时阕记录壤捶三令宠金獯骂g 一9 _ 87 ，2 3 2 ， 5 6 5 和三个半循环1 2 4 ，4 5 7 ，7 8 - l o 。雨流法得到的应变鼹与材料成力 应变特性相一致的。从图2 5 中看出，榭三个完全的循环，与此对应，在圈 2 6 中有三个阴影线所示的 l l 回路。 稀流法的要煮燕载荷一时阕历程的每一郝分都参与诗数，显最计数一敬， 一个大的幅值所引起的损伤举受截断它的小循环的影响，截出的小循环迭加 到较大的循环和半摄环上去。 2 3 2 湖流法计算模型与步骤 “翦流法”辫篱馕叉誊瓣，毽是麴聚手工乎# 鼗，其工圣簟豢褥是巨大豹。 为此，我们编制了“雨流法”的统计程序，以有限辩计算得到的转向架侧槊 危险点的应力时间历程作为输入，就可以得到疲劳成力谱。 麓诗算壤遘褥娃理瓣，遴常膏嚣耱翔剐表达式： 五置+ ：五。墨“ ( 4 。1 ) 或 置置+ ：置“墨 西南交通必学硕士研究生学位论文第1 5 页 零t h e s ，孺滚绞诗结果鞠应载蔫下靛顿次； r r a i l g e ，雨流统计结果的载荷幅值，单位m p a a 表2 2 ，l 转8 矗侧絮承台座釜藏动载蘸蓑滚绞计维鬃 卜 一2 1 1 3 4 21 9 2 6 7 3 1 7 4 0 0 4 i 8 8 6 9 e + 0 4 1 61 3 1 9 0 3 7 3 3 8 e + 0 4 1 8 3 61 3 1 7 9 5 6 0 0 7 e + 0 4 8 4 1 9 53 7 2 7 。4 s 7 6 e + 0 41 5 8 i 7 3 8 5 9 3 3 4 5 e + 0 4 1 9 7 5 1 1 2 0 1 e + 0 5 1 1 4 8 l 。3 0 6 8 毫+ o s 2 9 7 5 2 。0 5 3 6 e + 0 5 0 s 2 6 1 3 7 e 十0 5 1 5 5 2 8 0 0 3 e + 0 5 3 4 l 袭2 2 2 转8a 侧架赢侧立柱瑟横向动载荷雨流统计结果 心夫 2 2 l s 4 蔚1 3 2 53 8 9 5 4 s 6 66 6 3 6 1 7 7 0 2 e + 0 38 2 1 6 6 05 1 0 5 1 8 4 41 0 7 3 5 4 0 4 e + 0 3 1 6 94 8 9 6 1 8 矗l8 0 66 5 3 i 0 5 琶+ 0 3 2 蝤5 2 6 03 8 彳 7 0 8 0 8 e + 0 3 2 0 6 73 3 7 1 0 8 8 5 1 0 e + 0 3 1 0 4 l l + 0 6 2 l e + 0 4 1 9 孽1 3 2 1 2 3 9 l e + 0 4 1 79 16 5 1 4 1 6 2 e + 0 4 2 52 32 4 5 l ，5 9 3 2 e + 0 4 lo 5 1 7 7 0 z e 0 4 9o 5 1 9 4 7 2 e + 0 4 0 5 g 2 3 0 1 3 e + 0 4 0 5 2 4 7 8 3 e + 0 4 0 。5 2 6 5 5 3 e + 0 4 9 石 西南交通犬学硕士研究生学位论文第1 7 页 表2 3 2 转 泛搴l | | 絮寿髑立柱蠢攘舞动载蔚焉流统；t 缝巢 擘 一2 6 4 97 6 11 1 2 6 3 0 1 34 9 0 1 5 7 8 98 6 7 61 0 5 6 41 2 4 5 11 4 3 3 9 1 8 8 71 3 85 4 2 31 8 7 5 8 5l l 唾2 l8 8 6 05 2 8 6 2 3 2 l 3 6 28 唾 1 0 9 4 9 3 7 7 51 1 3 61 0 4 2 57 9 4 26 7 9 77 1 5 0 1 9 4 82 0 9 5 5 6 6 22 6 66 8 1 2 51 7 1 6 1 3 5 01 7 2 3 1 3 8 72 9 54 1 7 s 5 06 3 0 s1 0 9 2 2 7 2 8 6i 3 8 2唾34 3 9 4 3 8 n l l 1 4 41 7 63 0 l 5 8 l 1 1 3 2 54 08 66 81 0 72 9 5 1 3 2 1 392 3 。56 58 4 1 5 1 0 l3 莩5i 0s 毒8 唾 1 6 9 8 85 7l 1 8 8 7 6 l 2 2 6 5 l0 s8 3 ，5 2 4 5 3 99 2 8 3 1 4 o 5 表2 ，3 _ 3 转k _ 2 侧架左侧巍柱面横向动虢荷雨流统计结果 0 辩 一4 0 7 82 1 5 0一2 2 21 7 0 63 6 3 45 5 6 27 4 9 09 4 1 8u 3 5 01 3 2 7 0 1 8 5 3 2 l 拿2 89 7 蛰 7 6 6 31 0 8 5 98 1 6 75 1 2 81 7 6 45 7 3 1 3 9 8 2 3 8 5 61 21 0 5 9 7 2 2 65 6 7 94 4 5 83 7 9 69 7 91 2 7 5 7 8 4 2 2 24 6 9 51 1 1 57 4 32 9 2 81 2 68 44 3 7 7 i 2 i 5 8 84 1 43 5 22 e 2 。1 2 3 9 6 4 01 31 8 0 5 6 56 55 4 81 4 9 1 1 5 7 07 79 04 23 6 0 1 3 5 0 e0 53 70 ，55唾3 1 5 4 2 0 1 l5 5l l 1 7 3 5 0 5 1 56 5 1 9 2 8 0 l 2 1 2 l o 4 l 莓曩箩妻囊 季，未 西南交通火学硕士研究生学位论文第1 9 页 激2 3 6 转k 2 侧架右交叉拉杆座纵向载荷雨流统计结果 心5 8 4 2 4一鹌1 73 9 4 l l l 32 6 2 l4 i 2 8 1 5 l e + 0 3 2 05 7 7 0 4 0 2 04 3 3 0 2 e 0 3 4 2 2 03 7 0 0 1 1 2 0 4 s 2 e + 0 3 l o 5 4 52 1 8 0 6 0 3 e + 0 3 1 8 52 0 4 7 5 4 e + 0 3 l l 9 。0 5 e 0 3 l 。5 1 9 6 e + 0 40 5 2 1 l e + 0 4 1 0 l 2 。2 6 e + 0 4 5 。5 表2 3 7 转l 黻侧架右侧交叉拉杆座横向载荷雨流统计结果 r 一3 9 62 8 l1 6 65 1 6 51 8 02 9 54 1 05 2 66 4 l 1 1 53 8 2 03 2 92 9 3 97 9 4 7 7 7 7 ls 6 5 61 0 2 51 8 25 2 2 3 071 1 46 3 82 8 2 6 ，51 3 7 8 7 5 9 0 91 9 7 23 0 81 0 4 3 4 6 1 5 03 9 45 9 0 l 6 1 7 03 3 2 52 0 6 4 6 l 4 l6 48 8 81 3 1 3 21 4 7 2 4 l1 24 3 5 7 6 5 0 0i 7 83 9 7 0l ? s ， 7 7 6 9 1 6 63 7 1 1 57 4 5 8 0 6 1 03 0 3 51 5 3 14 1 9 2 2 1 3s ?4 8 83 95 5 1 0 3 7 2 24 7 2 5 1 1 5 2 1 35 5 5 4 2 1 2 6 7 5 7 55 4 1 3 8 3 l 毒1 1 5 1 4 9 8 4 1 5 1 7 2 8 4 3 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 第3 章转垂笠侧架和转8 a 侧架奄限元计算 3 。l 寿黻元法摄遴 有限元法( f i n i t ee l e m e n tm e t h o d ，f e m ) ，也称为有限单元法或有限元 法。它燕力学、诗冀数学秘璜找诗冀按本秘结合弱产物，是一耱求解镦分方 程边值阀题和初值问题的强有力的数值方法，是一种根据变分原理来求解数 学、物理问题的数慎计算方法，对分析复杂结构或多自由度系统来说是一种 羝型藤露效的方法。该方法在勰决不月类型鲍应用科学鞍工程阏鼹方嚣显示 出了巨太的潜力。计算机技术拣飞速发展为有限元法的应用和发展提供了宽 分的物威基础。实簖上，有限觉法到今采汉发展得较为完善，被认为是工秘 分析中强有力而且媛通用的一种计箕方法，因其实践健强丽具有强大褥生余 力。翻髑有鞭元避杼结构分耩，实质上是静“电子计算梳撵鼗德实验”。它 不仅使过去进行运冀的课题获得了数值解，还逐步代替了某些成本高、时间 长的常规实验。 骞隈无法在5 0 攀筏稿赣涟蔫诗算瓤匏发餍应运霭是，著缮舞丁广泛疲_ 鬻。 从数学角度来看，有限元法基本思想的提出，可以1 9 4 3 年c o 埘a n t 的开创性 工作为桥志。他第一次尝试应用定义在三角形区域上的分片连续涵数和最小 蕴能原理稳缝合，寒袋瓣s 1 、珞n t 拯转蠢疆。毽是毒予当跨诗冀条锌戆限翱， 这种方法并没有受到足够重视。从应用角度来看，有限元法的第个成功者 是t u r e n e r 和c l o u 馨h 等人。他们在分析飞机结构时，用有限元法第一次得出 了平嚣癍宠惩题的摄确答案。键是蹇裂1 9 6 0 年，c l o h 薛又进一步应用有限 元法处邂了平面弹性问题，并提出了有限单元( f 洳i t ce i c m e n t ) 的名称，这才 使得有限元法的理论和应用都得到了迅速发展。 理论上，确认霄限元法是处理连续贪餍阔题的一秘普遍方法。建立了其 基本的疆路基础：纂于变分黎理的圣兹 o ) ( 4 m 2 ) 4 1 2 平均应力修正 零孽根据第二蠢获褥翁转k 2 侧架秘转8a 转疑桨侧架动裁蕊雨流统译 结果和第三章提取的转x 2 侧絮和转8a 转商架镧絮在典型工况下数个熊除 点的应力进行概率瘢劳应力谱的分析。 描述一个常蠛疲劳载荷谱辩萎两个参数。假设最大应力为鼓。和最小寝 力老氏。定义庭力幅篷为瓦、平均瘟力为& 、盛力院为最 鼠= 毕舡半，霆= 等 挣s ， 西南交通火学硕士研究生学位论文第3 6 页 4 。3 。 惫陵点t 嚣2 褒萃整载麓燕窝力季謦瑁下平臻矗力修正结果燕衰4 2 帮豪 表4 2 转8 a 侧架危险点2 雨流载荷舔向力 平均应力黪正结暴( 拳整a 秘a ) 一2 1 13 4 1 7一1 9 2 6 7 2 7 一1 7 4 0 0 3 7 i 。8 e 鹅e 均49 1 当。3e 唾 3 7 3 3 8 e 十0 41 8 21 8 6 5 6 0 0 7 e 十0 4 2 7 82 8 3 7 唾6 7 6 e + 0 43 6 4 3 7 。l 9 3 3 4 5 e 十0 4 6 4 1 1 2 0 l e + 0 5 5 5 7 5 6 7 1 3 0 6 8 e + 0 5 6 6 1 2 。5 3 s 嚣+ 0 51 0 0 2 2 6 1 3 7 e 十0 5 1 2 0 。9 2 8 0 0 3 e 十0 5 1 4 1 6 豪4 3 转s a 铡絮盏险东l 藤滚载稀黎蠹力 平均应力修正结栗( 单位m p a ) 2 1 1 3 4 l 。7 + 1 9 2 6 7 2 71 7 4 0 0 3 7 1 8 6 6 9 + o7 3 7 47 5 3 7 3 3 7 9 1 4 6 1 7 4 5 6 0 0 6 。9 2 6 1 2 2 5 7 4 6 7 5 。9 2 9 。23 4 ，8 9 3 3 4 4 9 4 3 5 1 1 2 0 1 3 8 5 2 2 4 5 1 1 3 0 6 8 2 8 5 2 ，6 2 0 5 3 5 8 。78 0 3 2 6 1 3 6 56 1 2 1 8 2 8 0 0 3 4 。6 1 1 2 7 危险点1 和2 在侧架左侧立柱面单位雨流载荷作用下平均j 彀力修正结果 见表4 。4 和表4 - 5 。 西南交通丈学硕士研究生学位论文第3 7 页 表4 4 转8 a 铡蘩恁验点2 左铡立柱露聪漉耩离载蕊 平均应力修正结果( 单位m p a ) 一2 2 1 54 4 51 3 2 5 3 0 9 54 8 6 6 6 6 3 6 l ? 7 0l ，5一1 5一l 。5 一l ，5一1 5一l 。5 3 5 4 0一3 o一2 92 9 2 92 92 9 5 3 l l一4 44 4 4 44 4 7 0 8 l一5 9 5 。9 一s 8 8 8 5 l 一7 4 1 0 6 2 18 88 8 1 2 3 9 11 0 3 1 0 3一1 0 2 1 4 1 6 21 1 8一1 1 8 一1 1 8 1 5 9 3 2 一1 3 ，3一1 3 ，2 1 7 7 0 2 1 4 7 1 4 6 1 9 4 7 2 一1 6 2 一1 6 1 2 3 0 1 3 一1 7 。5 2 4 7 8 3 1 9 1 2 6 5 5 3 2 0 6 表4 5 转8 a 镧禁莛险熹l 发翻立拄蟊蓊流横囱载蒋 平均成力修正结果( 单位m p a ) 2 2 1 5 34 4 5 11 3 2 5 l 3 0 9 5 34 8 6 5 5 6 6 3 5 7 l ? ? e 。2 ，1 5 。51 5 一1 5，l ，5 3 5 4 0 4 - 3 o2 9o 9 - 2 9，2 9 5 3 l o 6 4 44 44 4 7 0 8 0 8 5 95 + 9 5 s 8 8 5 1 0 7 霹 1 0 6 2 1 2 _ 8 8 8 8 1 2 3 9 1 4 - 1 0 31 0 3 1 0 2 1 4 1 6 l 。6 n 8 n 8 i 5 9 3 l 。8 一1 3 31 3 2 1 7 7 0 2 0 1 4 ，7 1 4 6 1 9 4 7 2 2 1 6 2 1 6 1 2 1 2 4 2 。4 1 7 6 2 3 0 1 2 6 1 9 0 2 4 7 8 2 8 2 0 6 2 6 5 5 3 o 2 2 ，l 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 8 页 4 2 2 转k 2 侧架平均应力修正结果 按照4 2 1 节相同的技术路线对转k 2 侧架3 个危险点各自在7 种单位载 荷工况下的平均应力进行修正。危险点1 和2 在雨流载荷垂向力作用下平均 应力修正结果见表4 ，6 和表4 7 。 表4 6 转k 2 侧架危险点2 雨流载荷垂向力 平均应力修正结果( 单位m 咿a ) 2 2 9 0 6 3 3- 2 1 0 2 1 8 51 9 1 3 7 3 61 7 2 5 2 8 8 1 8 6 6 9 o8 18 28 4 3 7 3 3 7 91 6 o1 6 21 6 5 5 6 0 0 6 92 4 32 4 72 5 1 7 4 6 7 5 93 2 43 3 0 9 3 3 4 4 94 1 24 1 9 1 1 2 0 1 3 84 9 45 0 3 1 3 0 6 8 2 85 8 6 1 4 9 3 5 1 86 5 9 2 0 5 3 5 8 78 92 2 6 1 3 6 5 6 1 1 5 4 2 8 0 0 3 4 6 1 2 5 6 表4 7 转k 2 侧架危险点1 雨流载荷垂向力 平均应力修正结果( 单位m p a ) 2 2 9 0 6 3 32 1 0 2 1 8 5 1 9 1 3 7 3 61 7 2 5 2