中南大学车辆强度与动力学考试.pdf

中南大学交通运输工程学院 铁道车辆强度与动力学 铁道车辆强度与动力学 铁道车辆强度与动力学 铁道车辆强度与动力学 姓姓姓姓名名名名 所在学院所在学院所在学院所在学院交通运输工程学院 专业班级专业班级专业班级专业班级交通设备信息工程 学学学学号号号号 授课教师授课教师授课教师授课教师 日日日日期期期期2012 年 12 月 12 日 第一部分 第一部分 提交静强度试验详细过程报告一份提交静强度试验详细过程报告一份 答 转 9 转向架静强度试验详细过程如下 1 检查试验环境 检查试验场地周边的环境 确保场地无杂物堆放 确保试验场地的电源电线安全合理放置 确保试验设施安全合理摆 放 检查试验设备与仪器 确保试验转向架稳定的静置在转向架加力 架下面的轨道上面并且试验转向架的中心位于转向架加力架的正下 方 确保千斤顶稳定的放置在试验转向架的摇枕中间并与转向架加力 架的上横梁中心稳定接触 确保试验中的静态应变仪读数准确可靠 确保试验中使用的材料如应变片及连接变 导线 丙酮 502 胶等符 合使用要求 2 粘贴应变片 粘贴应变片是该试验过程中最复杂的一项任务 应 变片粘贴的合理可靠是试验测量数据有效保证 鉴于此步骤的重要 性 下面进行分布叙述 1 按试验要求进行测量确定粘贴应变片的 位置并进行画线标价 由于转向架结构对称并为了试验简单方便 分 别在转向架的一端侧架的一旁转折点处进行标记 一共标记了四个区 域 2 在四个标记的区域用电动砂轮进行打磨 除去附着在此区域 的铁锈 使表面平整并呈现出金属光泽 3 在呈现银白光泽的四个 区域用细砂纸进行打磨 使细砂纸沿应变片纵向成 45 方向轻轻打 出交叉纹路 以增加应变片与试件的粘着力 4 用画针在四个光洁 的区域中心画十字架 为应变片定位找好基点 5 用丙酮擦洗十字 架处 确保十字架区域湿润 6 用脱脂棉对湿润区域进行擦拭 擦 拭后的脱脂棉进行轻甩后方可使用 保证十字架区域的金属粉末被清 除干净 7 向应变片上滴入一滴 502 胶水 快速将涂 502 胶水的面 放置在十字架中心处并进行按压 贴片时必须挤出多余的胶水和气 泡 手指不得推动与拧动应变片 必须由应变片的引出端朝另一端轻 轻滚动 以免损伤应变片 确保粘贴牢固可靠 依次粘贴四个应变片 8 用与粘贴应变片相同的方法粘贴连接片 使连接片紧贴应变片 9 用电烙铁焊接连接片与电桥电路的导线 确保焊接处焊锡均匀 保证线路连接通顺 3 静态应变仪连线 将电桥电路的另一端导线按照标记的序号与应变 仪上对应序号的节点进行连接 确保连接顺序一一对应 方便读数 4 用千斤顶施加压力 按试验要求施加大小不同的压力 在加载过程 中 确保加载系统 千斤顶 测力环 受压杆 受力方向必须在同一 直线上并与摇枕垂直 以保证加载的准确性与防止意外发生 5 用静态应变仪进行数据记录 用静态应变仪分别读出在上述载荷下 的每个测量点读数 填入实验表格中 在改变加载力的大小时 读出 在此载荷下每个测量点的读数并记录表中 直至读出所有要求载荷下 每个测量点的读数 实验读数才完成 读书完成 关闭静态应变仪 6 试验线路的拆卸 试验完成后 拆除电桥电路两边的连线 一是拆 除与静态应变仪的连接 二是拆除与应变片及连接变的连接 并铲去 应变片及连接片 7 试验结束 最后整理试验现场整洁 确保现场无安全隐患 抄录实 验数据并准备数据处理 第二部分 第二部分 提交车辆平稳性能试验方案一份提交车辆平稳性能试验方案一份 答 车辆平稳性性能试验方案 车辆运行平稳性试验 一 实验目的 1 了解实验台的构造及工作原理 2 熟悉非电量的测试方法 3 通过检测车辆的平稳性能 从动力学方面达到设计和改进车辆 的目的 二 实验要求 1 实验前应熟悉客车车辆的构造 车辆的运行品质及评估标准的 基本知识 2 在不同的速度下 测出车辆的垂向及横向加速度 3 计算 sperling 平稳性指数并与相应标准比较 对车辆的运行 品质进行评估 三 实验原理 车辆的运行品质是从舒适性 完整性方面对车辆 转向架质量好 坏进行评估的一个述语 评估的方法有动荷系数 车体加速度幅值 sperling 平稳性指数三种 sperling 平稳性指数 欧洲国际铁路联盟 UIC 前东欧 俄 罗斯等均采用 sperling 提出的平稳性指数来评定车辆的运行品质 我国也采用这个指数来评价车辆的运行品质 1 位移对时间的三次导数 利用牛顿定律写成如下式 或者 上式的意义是表明力 F 的增减变化引起冲动的感觉 在一定意义上代 表力的变化率 如果车体作简谐振动 其幅值为 2 振动时动能的大小 车体振动时的最大动能为 所以 3 平稳性指数 两个因素的乘积为 用 W 来表式 W 式中z0 为振幅 f 为振动频率 a 为加速度 cm s2 a z0 2 FZM C M F Z C tzz sin 0 tz z sin 3 0 3 0 max 2fZZ dCCC EfZMZMZM 2 0 2 0 2 2 1 2 1 2 1 C d M E fZ 2 2 2 0 53 0 52 0 3 0 2 2 2 fzfzfz 10 5 3 0 7 2fFf z 10 3 896 0 fF f a f F f 为与振动频率有关的加权系数 对于垂向和横向振 动是不同 其计算如下表所示 垂向振动横向振动 0 5 5 9HzF f 0 325f 0 5 5 4HzF f 0 8f 5 9 20HzF f 400 f 5 4 26HzF f 650 f 20HzF f 1 26HzF f 1 以上的平稳性指数只适用于一种频率一个振幅的单一振动 在实际整 理车辆的平稳性指数时 应先把实测的车辆振动的加速度记录 通常 按频率分解 进行频谱分析 求出每段频率范围的振幅值 然后对每 一频段计算各自的平稳性指数 然后再求出全部频段总的平稳性指 数 4 客车 货车运行品质标准 对于客车 货车评定标准不同 各国采用的标准不同 我国客货车平 稳性等级分为三个等级 车辆运行平稳指标与等级 1 0 1010 2 10 1 ntot WWWW 平稳性等级评定平稳性指标 客车货车 1 级优 2 5 3 5 2 级良好2 5 2 753 5 4 0 3 级合格2 75 34 0 4 25 四 实验步骤 1 检查实验台 确保实验场所安全 开启实验控制台电源准备实 验 2 测量驱动轮在不同转速下 车辆的垂向加速度和横向加速度 一共进行了六组测量 3 把测量的数据填入实验记录表中 其他项分别用相关联项目计 算得到 比如 车辆振动频率为 4n 60Hz 即可根据驱动轮转速计算 取频率 垂向及横向的加速度分别是垂向及横向电压波形最大值的十 倍数 4 计算在不同频率下的垂向及横向平稳性指数 根据频率与频率 修正系数 F f 的关系表 计算出 F f 得到频率 加速度及频率修 正系数后 根据平稳性指数计算公式计算出每一频率下的垂向及横向 平稳性指数 5 根据计算出的六个频率下的垂向和横向平稳性指数 再计算出 全部频段总的平稳性指数 最后与运行平稳性评定表格中的数据进行 对比 得到实验客车车辆的稳定性等级 五 实验设备 1 模拟车辆振动台 2 CA 1 电荷放大器 3 YD 65 加速度传感器 4 转速表 5 BHR 20T 传感器 六 平稳性指数记录表 驱动轮转速 转 分 频率范围 Hz 垂向电压波形最大值 横向电压波形最大值 垂向加速度 m s 横向加速度 m s 垂向平稳性指数 横向平稳性指数 第三部分 第三部分 完成下面五个问题完成下面五个问题 1 1 1 1 阐述铁标第一工况中各种载荷生成的原因阐述铁标第一工况中各种载荷生成的原因 作用位置作用位置 大小大小 方向方向 答 第一工况 指列车高速运行时变速和制动时的工况 这时车体垂 向动载荷大而纵向力并不很大 规定货车 纵向拉伸 1125KN 或压缩 1400KN 客车 纵向拉伸 980KN 或压缩 1180KN 作用点在沿车钩 中心线前从板座或后从板座上 在第一工况中纵向力还须与垂向总载 垂直静载与垂直动载之和 侧向力 扭转载荷等所有可能的载荷 叠加 对于敞车还须计入散粒货物的侧压力所引起的应力 对于罐车 还须计入罐体内压力所引起的应力 第一工况 纵向力 垂向总载 侧向力 扭转 侧压力 内压力 垂向静载荷 Pst 包括车体自重 车辆载重以及整备重量 垂向动 载荷 Pd 通常由垂向静载荷乘以 Kdy 而得 即 Pd Pst Kdy 侧向力包括风力和离心力 风力 风力按风压力乘以车体侧向投 影面积计算 风压力取 0 55KN 或 550Pa 考虑 其合力作用在 车体侧向投影面积的形心上 离心力 车辆在线路曲线区段上运行时 将承受离心惯性力作用 整个车辆的离心惯性力作用在车辆的重心 上 其方向沿线路径向指向曲线外侧 扭转载荷 按照 铁道车辆强度设计及试验鉴定规范 车体受 到的扭矩载荷 M P L 40KN m L 为同一枕梁两旁承中心线间 的距离 2 2 2 2 有限元在车辆强度中的运用涉及到哪些课程 解题的主要步骤有有限元在车辆强度中的运用涉及到哪些课程 解题的主要步骤有 哪些 哪些 答 有限单元法是一种工程物理问题的数值分析方法 根据近似分割 和能量极值原理 把求解区域离散为有限个单元的组合 研究每个单 元的特性 组装各单元 通过变分原理 把问题化成线性代数方程组 求解 有限元在车辆强度中的运用涉及到的课程有 车辆工程 铁道车 辆机车车辆结构强度 材料力学 结构力学 弹性力学等专业课程 有限单元法的解题思路分为三个步骤 1 结构离散 将结构假想分 割成有限个简单形状的单元 单元之间仅用结点连结 2 单元分析 形成一个由有限个单元组成的组合体以代替原来的连续体结构 3 整 体分析 根据结点的变形谐调和平衡条件 将这些单元重新组合在一 起 建立一组以结点位移为未知量 反映整个结构的力学特性的线性 方程组 然后求解方程组得到结点的位移 进一歩求得单元内力和应 力 3 3 3 3 位移函数有何作用 刚度矩阵的奇异性是怎样产生的 怎样才能位移函数有何作用 刚度矩阵的奇异性是怎样产生的 怎样才能 消除 消除 答 位移函数 确定单元位移与单元结点力之间关系式 单元刚度矩 是一个奇异矩阵 奇异矩阵的行列式等于零 奇异矩阵的逆矩阵不存 在 4 4 4 4 影响车辆蛇行运动临界速度的因素有哪些 影响车辆蛇行运动临界速度的因素有哪些 答 影响车辆蛇行运动临界速度的因素有 1 轮对定位刚度 轮对 的纵向定位刚度和横向定位刚度对转向架的蛇行运动的临界速度起 决定性影响 2 车轮踏面斜率 车轮踏面斜率 也是影响蛇行运动 临界速度的重要参数这一 仅次于定位刚度 cr V 1 3 蠕滑系 数 当f较小时 临界速度也较低 而当超过 k f后 上升趋势就逐渐 缓慢 4 转向架固定轴距 临界速度随轴距增加而上升 且上升值 较大 5 中央弹簧横向刚度 对临界速度影响不很大 弹簧刚度的 选取取决于运行平稳性指标 6 转向架构架的摇头转动惯量 转向 架构架的摇头转动惯量在常用值范围内变化时 临界速度随摇头转动 惯量的增加而缓慢上升 这个参数主要由转向架的结构参数确定 5 5 5 5 怎样进行实验 就可能对车辆平稳性能作出有效评定 怎样进行实验 就可能对车辆平稳性能作出有效评定 答 首先 要熟读该实验的指导书及车辆动力学相关的知识点 了解 实验目的 理解实验原理和实验步骤 知道每一步骤的目的和得到结 果 并且懂得如何进行操作 再次 按照实验操作步骤有条不紊的进 行操作 安排好每个人的任务 一个人负责一处 保证每一处实验都 操作准确到位 专门的数据记录人员记录好每一处所测得数据 实验 按着 操作一次 读一次输 记录一次 有序进行着 直到测量完全 部的六组数据 最后 整理实验现场 确保记录数据完整 使用相应 的计算公式进行计算 得到车辆