★铁路车辆论文摘要范文铁路车辆论文摘要写

铁路车辆论文摘要范文铁路车辆论文摘要写 随着我国铁路向着高速、重载的方向发展,铁路车辆的疲劳事故不断发生,关键部位疲劳断裂一旦发生,将产生非常严重的后果.车辆的疲劳问题治理是铁路安全运输的迫切需求.焊接是铁路车辆结构的重要联接方式,也是最容易发生疲劳破坏的薄弱环节,绝大多数的疲劳事故发生在焊接部位.由于目前还不能从理论上将影响疲劳的众多复杂因素归纳为统一的物理模型或数学模型来描述,所以国内外对疲劳问题的研究主要集中在实验环节上,对焊接结构的疲劳研究更是如此.然而,疲劳试验本身需要物理样机,且成本高、周期长,而且承受复杂随机载荷的铁路车辆的整车在试验台上进行疲劳试验,目前还办不到.因此,基于先进的数值仿真手段,科学地预测铁路车辆焊接结构的疲劳寿命,并快速地进行方案对比,对铁路车辆的结构可靠性设计及其运行中的安全评定具有重要的理论价值及工程意义. 本文在对国内外关于焊接结构疲劳及铁路车辆疲劳寿命预测研究现状综述的基础上,取铁路车辆车体及转向架焊接构架为研究载体,分别从理论方法上、数值仿真上、程序实现上,进行了一系列深入研究,归纳起来,本文的研究工作及研究成果主要有: 在研究了焊接结构疲劳寿命预测的基本理论和方法的基础上,针对没有物理样机之前预测疲劳寿命的困难.提出了基于虚拟疲劳试验的铁路车辆焊接结构疲劳寿命预测的技术路线,给出了用于虚拟疲劳试验的有限元模型的建模方法及疲劳寿命评估点的选取原则,对虚拟疲劳试验加载模式、虚拟动应力的换算及多载荷通道疲劳寿命预测方法等虚拟疲劳试验的关键技术提出了解决方法. 鉴于目前铁路车辆焊接结构的疲劳评价标准少,且美国AAR标准仅是针对铁路货车制定的.在进行虚拟疲劳试验中,引入了工程上广泛应用的国际焊接协会W标准和英国BS标准,从而丰富了焊接结构的疲劳特性参数,扩大了焊接结构的疲劳预测范围.通过对三种标准的系统研究,归纳了三种标准的焊接结构疲劳寿命评估方法的特点,并以客车转向架焊接构架为对象,应用W标准进行疲劳寿命预测.验证了本文提出的虚拟疲劳试验的工程应用可靠性. 结构疲劳寿命评估的反问题是指在给定产品寿命条件下来确定结构的设计细节.由于AAR标准中疲劳寿命评估计算流程中数据流动存在唯一性,所以从数学的角度反求结构应力是成立的.本文以AAR标准为基础,讨论了结构疲劳评估的反问题,推导了多载荷作用下的结构设计应力反求解析式,为车体的可靠性设计下的等寿命设计提供了理论基础. 为使更多的设计人员在产品方案设计阶段,就能对包括焊缝在内的每一个结构细节进行疲劳寿命预测,开发了铁路货车疲劳寿命预测系统.该系统以AAR标准为内核,以Visual Studio.NET集成开发环境为设计平台,并运用二次开发技术,将AAR标准嵌入到大型有限元分析软件-DEAS中.系统内置了AAR标准中用于疲劳计算的各种载荷谱和焊接接头数据库,并可以方便地实现数据库的扩充,能以人机交互方式实现提取-DEAS后处理中的应力结果,并自动计算待评估点的当量应力数值,能计算待评估点的疲劳损伤值及设计寿命汇总数据,自动生成疲劳计算报告等功能. 本文的创新点: 1.针对铁路车辆焊接结构的特点、提出了适合工程应用的虚拟疲劳寿命预测方法. 2.研究了铁路货车疲劳寿命评估的反问题,推导了基于AAR标准的多载荷作用下的结构设计应力反求解析式,并进行了工程实例验证. 3.从抗疲劳的角度提出了局部设计或补强的一个重要原则刚度协调,从而改变了治理局部应力集中的传统补强模式. 4.以AAR标准为内核,以大型有限元分析软件DEAS为平台,基于二次开发技术,开发了一个适合工程应用的铁路货车疲劳寿命预测系统. 本课题得到国家“863”高技术研究发展计划项目:复杂产品协同设计、仿真、优化一体化平台研究开发及其应用(项目编号:xxAA04Z160)以及中国北车集团科技研究开发计划项目基于AAR标准的大秦线25吨轴重货车疲劳寿命预测研究(项目编号:xxNZ009)的资助. 车辆运行安全监控系统(5T系统)是中国铁路在面临客货混运、提速、重载的新形势下采取的保障车辆运行安全的重要手段.系统采用多种先进的动态检测技术、信息处理技术和网络技术实现对车辆运行状态的实时动态监测.在专项监测系统报警评判的基础上,运用多个监测系统的监测信息和技术履历信息,建立综合报警评判模型,提高报警的准确性.针对多个监测系统的实时监控问题,通过搭建统一的监控网络平台,制定多种监测数据接口标准、优化业务流程、建立运用管理制度等一系列方法,实现了多系统的系统整合、集中监控和资源共享,提高了工作效率和工作质量,对铁路车辆运行安全保障发挥了重要作用. 当前,随着我国铁路运输的高速、重载化,铁道车辆行业获得了前所未有的发展机遇,同时对车辆的结构设计提出了更高的要求、带来了更大的挑战.铁路车辆是多学科、多领域交叉耦合的复杂产品,尤其对于时速200 km/h以上的高速动车组,其要求性能更高、耦合因素更多.我国的高速车辆在其研制过程中,尽管借鉴了国外许多先进技术,也采纳了铁路大提速以来车辆行业积累下来的许多成熟技术,但是在整体性能上,与国外仍有明显差距,在设计方法上,主要是采用“试算验证修改”的传统设计方法,还没有将结构优化设计的理念贯穿于整个设计过程中.因此,本文从不同层面上对铁路车辆结构优化设计的方法及应用进行了详细研究,由概念设计的拓扑优化、详细设计的形状(尺寸)优化到整体设计的多学科优化,将结构优化的设计方法应用到铁道车辆结构设计过程的不同层面上.采用现代优化理论进行结构优化设计,是现代铁路车辆产品设计手段的升华,必将为提升产品质量、缩短开发周期、减少设计盲目性起到重要的推动作用. 在对国内外铁路车辆结构优化设计的现状及结构优化发展概况综述的基础上,采用分层次的研究策略,以铁路车辆结构优化设计为研究目标,从概念设计的拓扑优化、详细设计的形状(尺寸)优化到整体设计的多学科优化,分别从优化方法、优化策略、实例验证到典型工程应用,进行了一系列深入研究.归纳起来,本文的主要研究工作如下: (1)系统阐述了结构优化的基本理论,概述了结构优化算法的类型和特点,对常用工程优化算法及多学科优化的方法原理进行了详细分析. (2)针对复杂结构优化设计的效率问题,研究了基于近似模型的优化策略.介绍了试验设计常用的方法和原理,分析了响应面近似模型、kriging近似模型、RBF近似模型及泰勒序列近似的原理和建模要求,给出了近似模型精度的评价标准,并采用算例对R*、kriging及RBF模型进行了比较. (3)采用变密度法对转向架轴箱转臂进行了拓扑优化设计,针对应力约束问题,并结合实际工程复杂结构的可操作性,采用考虑接触关系的详细有限元模型进行强度验证,保证拓扑优化的实用性.该研究为铁路机车车辆结构概念设计阶段优化设计的开展提供了技术范例. (4)分析了位移敏度和应力敏度的求解原理,建立了高速铝合金车体的有限元模型,按规范进行有限元分析,以板厚为设计变量,在有限元分析基础上计算了车体结构对设计变量的位移敏度和应力敏度,基于敏度的知识信息,给出了结构轻量化的优化方案.为复杂结构基于敏度信息的快速优化设计提供了可操作的实用方案. (5)对内燃动车组废气涡轮增压器压气机叶片进行了多学科优化研究.建立了叶片三维参数化模型,在保证叶片的气动性能基础上,以叶片不同位置截面的分布厚度为设计变量,对结构、振动频率进行了多学科可行一体化优化设计,取得了满足条件的最优结果,这一结果亦有典型示范作用. (6)对铁路车辆主型焊接结构,考虑疲劳损伤约束的多学科优化进行了研究.分析了Goodman疲劳安全系数、线性累积损伤理论以及国外焊接接头的疲劳评估标准(IIW、BS),提出了虚拟疲劳试验的技术路线,在虚拟样机上实施疲劳试验,预测产品的设计疲劳寿命,对焊接结构多学科优化进行研究,提出基于近似模型、提高优化效率的多学科可行法,建立了焊接构架疲劳损伤、结构一体化优化模型,开发了Goodman疲劳安全系数、虚拟疲劳试验损伤计算程序,实现了焊接构架疲劳损伤、结构分析的多软件集成、自动优化技术,并采用基于近似模型的多学科可行方法对焊接构架进行了疲劳损伤结构多学科优化,在满足应力、疲劳安全系数及焊接接头累积损伤约束下,构架质量减轻11.6%,这对车辆轻量化要求下焊接结构的可靠性设计提供了实用参考. 本课题得到国家“863”高技术研究发展计划项目:复杂产品协同设计、仿真、优化一体化平台研究开发及其应用(项目编号:xxAA04Z160)的资助. 高速铁路对线路的平顺性要求严,高架桥、长大桥多为其主要特征,车站咽喉区位于桥梁上的可能性较普通铁路大得多.作为限速关键设备的高速道岔铺设于桥梁上,岔桥结构发生剧烈的动力相互作用,从而降低高速列车桥上过岔时的安全性与平稳性.随着我国客运专线和高速铁路的建设,快速及高速行车条件下车辆与桥上道岔的动态相互作用问题成为亟需开展的基础性课题之一.本文在参考国内外车桥振动理论与道岔动力学研究资料的基础上,将机车车辆、道岔区轨道与桥梁视为一个整体大系统,以车辆动力学、道岔动力学、桥梁动力有限元方法为基础,以岔区轮轨关系、岔桥关系为联系纽带,应用数值仿真的方法来研究高速行车条件下道岔区轨道及桥梁结构的动力特性、行车的安全性和平稳性,为高速铁路桥上无缝道岔的设计方案评估和参数优化提供理论支撑.主要研究工作如下： 1.建立车辆-道岔-桥梁耦合振动系统模型 将机车车辆视为一个由悬挂弹簧和阻尼联系起来的7刚体(1个车体、2个构架、4个轮对)振动系统,每个刚体具有点头、摇头、侧滚、沉浮和横移5个自由度,整个车辆系统共有35个自由度.在综合高速道岔结构特点的基础上,建立起包含转辙器、连接部分和辙叉三部分的完整道岔动力学模型,模型中考虑钢轨截面型式变化、顶铁接触传力、间隔铁高强联结、滑床台非线性支承等因素,将轨枕或支承块视为刚体并考虑其垂向、横向及转动自由度,无砟轨道板的垂向振动按弹性地基上的等厚度矩形薄板考虑,而横向视为刚体运动.运用动力有限元方法将桥梁结构离散化. 2.详细论述车辆-道岔-桥梁动态相互作用原理并建立相应分析理论、编制通用计算程序DATTB 综合应用道岔区多变的轮岔接触几何关系、轮轨Hertz非线性弹性接触理论、轮轨蠕滑理论、岔桥相互作用关系,详细论述了车辆-道岔-桥梁动态相互作用原理.以高速道岔结构及状态不平顺作为系统的主要激振源,根据离散系统动力问题的Hamilton变分原理和“对号入座”法则建立起车-岔-桥耦合振动分析理论,并编制出相应动力学仿真通用程序DATTB. 3.高速铁路岔桥结构运用安全性以及行车平稳性评估标准探析 提出以列车桥上过岔的安全性及平稳性、道岔与桥梁的强度和稳定性作为桥上道岔的动力评估准则,对国内外有关机车车辆、道岔及桥梁的动力学性能评价指标,如轮轨垂、横向力、轮轴横向力、尖轨及心轨开口量、尖轨及心轨动应力、脱轨系数、轮重减载率、车体振动加速度、平稳性指标、桥梁挠度、桥梁自振频率、桥梁横向振幅、桥梁振动加速度等进行了归纳. 4.车-岔-桥耦合振动试验研究 应用DATTB对浙赣线湄池特大桥上200kmh提速改进型60kgm钢轨12号有砟道岔进行动力学评估,通过仿真结果与实测结果的对比分析,验证了DATTB的可靠性.同时,桥上道岔与路基上道岔的动测结果对比分析表明,桥上道岔区轮轨动力相互作用远较普通路基上道岔区强烈. 5.高速车辆与桥上道岔的动态相互作用规律研究 系统研究车辆、道岔和桥梁的各种可变因素对车-岔-桥耦合振动的影响,揭示出高速车辆与桥上道岔的动态相互作用规律,并提出了高速铁路桥上无缝道岔动力设计指导原则.优化的道岔区轮轨关系和轨道刚度、合理的桥梁竖向刚度和岔桥相对位置是保证高速列车桥上过岔安全性与平稳性的关键. 6.车辆-道岔-桥梁耦合振动理论的工程应用 以郑西客运专线无砟轨道多种跨度布置连续梁桥上铺设法国COGIFER时速350公里18号道岔和厦深客货混跑铁路有砟轨道(48+2,80+88+48)m连续梁桥上铺设中国自主研发的时速250公里30号道岔的动力学评估为例阐述了车辆-道岔-桥梁耦合振动理论的实际应用. 轮轨几何型面匹配关系直接影响铁路车辆的运行性能、运输成本和运行安全,直是国内外铁路工作者的重要研究课题.虽然人们通过对轮轨型面的优化设计取得了非常丰富的成果,但该问题仍未得到很好地解决.随着列车运行速度的提高,轮轨界面动态作用加剧,轮轨磨耗现象变得更为突出.因此,以降低轮轨动态作用力改善轮轨接触状态为目的,结合车辆系统动力学开展轮轨型面优化设计研究,对铁路轮轨损伤综合防治具有重要工程应用价值和理论指导意义. 本文发展了铁路车辆车轮型面的两种设计方法,分别是依据钢轨型面的车轮型面设计方法和车轮型面数值优化模型.依据钢轨型面设计车轮型面的设计方法是发展了Leary等人的钢轨型面扩展法,用解析表达式将反映动力学性能的轮对等效锥度与代表轮轨型面共形度的钢轨型面扩展系数联系起来,并将扩展系数视为设计变量,可以设计不同等效锥度、轮轨间隙并能适合不同轨底坡的多种车轮型面.在Shevtsov、Jahed等人的工作基础上,利用3次样条理论提出了数值优化约束条件,并根据轮轨蠕滑理论提出了目标滚动圆半径差曲线的确定方法. 在论文第4、5和6章中,根据钢轨型面设计了车轮型面,通过轮轨接触特性分析和车辆动力学计算,分别研究了轮对等效锥度、轮轨名义间隙以及钢轨轨底坡对车辆动力学性能和轮轨作用特性的影响.第7章对一个镟修周期内某高速动车组车轮型面磨耗连续跟踪测量结果进行了详细分析,针对测量结果所发现的问题,结合前面章节研究结果提出了车轮型面设计的新建议. 本论文主要结果和结论如下. (1)在轮对等效锥度与车辆动力学性能的关系方面,车辆临界速度并不严格地与轮对等效锥度平方根成反比.而是存在一个临界速度比较高的小锥度区域,等效锥度在该区域的变化不会引起临界速度明显变化.等效锥度大于该区域时车辆临界速度方与等效锥度的平方根成反比.锥度太小将导致轮对恢复对中位置能力不足,在一定的情况下车辆临界速度随等效锥度的减小而迅速降低.磨耗型车轮型面在上述小等效锥度范围内临界速度与锥形型面几乎相同.等效锥度应随轮对横移量的增大而持续增大,在轮缘接触前形成轮对等效锥度较高的过渡平台,可以提高车辆曲线通过性能,有效地减少轮缘接触. (2)关于“轮轨名义间隙”对车辆动力学性能及轮轨接触特性影响方面.通过不同轮轨名义间隙车轮型面的设计分析表明,轮轨名义间隙的减小会导致车辆临界速度明显降低,并在轨道不平顺作用下容易发生轮缘接触.但是,若轮对等效锥度设计适当,仍可获得足够高的临界速度,并减小轮缘接触几率.对于采用较小轮轨间隙的锥形车轮型面,车辆临界速度明显降低,并低于磨耗型车轮型面所对应的临界速度.锥形型面轮对在轨道不平顺作用下发生较大横移量时无法提供足够大的轮径差,故不可避免地发生轮缘接触.因此,轮轨名义间隙对车辆动力学性能和轮轨接触状态影响均很大. (3)关于轨底坡对车辆动力学性能及轮轨作用力的影响方面.轨底坡的变化对锥形车轮轮对等效锥度影响很小,故对车辆临界速度、曲线通过性能、轮轨作用力未构成实质影响.而依据不同轨底坡设计的磨耗型轮对的临界速度有差别,轨底坡越大它们临界速度差异越大,但磨耗型轮对均存在着临界速度较高的小等效锥度工作区域.只是由于设计的磨耗型轮对的等效锥度随着轨底坡的增大而增大,能够兼顾最佳钢轨受力状态的高临界速度等效锥度区域变窄.依据不同轨底坡设计的并具有相同等效锥度的轮对通过曲线性能和轮轨动态作用力无实质差别.因此,轨底坡仅对车辆临界速度有影响. (4)车轮型面磨耗跟踪测量结果分析可知,车轮踏面和轮缘平均累积磨耗深度变化规律基本一致,表明车轮型面异常磨耗现象得到缓解.跟踪测试结果发现,列车的运用模式对车轮型面磨耗影响很重要.分析还表明,在约4万公里的初始运用期间,车轮踏面和轮缘磨耗量均几乎占一个镟修周期总磨耗量的一半. 为了减少列车运行产生有害车辆的振动,铁路车辆必须设有缓和衰减机械振动的弹簧悬挂装置.弹簧悬挂装置对车辆运行是否平稳舒适,能否顺利通过曲线并保证车辆安全运行起着重要作用,尤其是在当前铁路运输需要重载提速的情况下,弹簧悬挂装置的作用更为重要.铁路车辆用弹簧的种类虽多,但最常用的还是簧料截面为圆形的螺旋弹簧.对于铁路车辆专用螺旋圆弹簧的设计, _制定了详细的技术标准和规范文件,但是采用手工设计与验算显得十分繁琐,计算量大,因此开发了铁路车辆典型零件“圆柱螺旋压缩弹簧”专用CAD软件,对于合理设计其结构尺寸,选择适宜的结构参数,提高设计效率和设计质量具有十分重要的现实意义 论文叙述了所开发的铁路车辆典型零件“圆柱螺旋压缩弹簧”专用CAD软件的主要设计思想和设计流程,并给出一些源代码和例子.该软件具备以下主要功能： 1、根据圆柱螺旋压缩弹簧的结构尺寸公式及 _制定的相关技术规范文件,在VC+环境下编制程序,实现一级刚度单卷弹簧、一级刚度双卷弹簧、不等高两级刚度弹簧组的结构尺寸设计,并将合理的设计结果保存到数据库相应的数据表中. 我国高速铁路具有无砟轨道为主、高架桥梁众多的特点,随着高速铁路的大规模建设,道岔作为重要的铁路设备,不可避免地设置在高架桥上,形成高架桥上无砟道岔结构体系.当列车高速通过时,车辆、道岔和桥梁之间相互作用、相互影响,构成了高速铁路车辆-无砟道岔-高架桥梁耦合系统(简称为“车岔桥系统”).该系统不仅综合了无砟轨道、高速道岔、高架桥梁的技术特点,而且衍生出一系列与高速有关的技术难点,是高速铁路亟待解决的关键问题之一. 本论文在对国内外车轨、车岔、车桥、车轨桥等相关动力学研究资料调研分析的基础上,应用多体动力学和有限元方法等相关理论和方法,自主开发了动力仿真计算平台FORSYS,并结合郑西客运专线、京沪高速铁路相关动力测试工作,进行高速铁路高架桥上无砟道岔系统动力特性的理论和试验研究,为高速铁路无砟道岔和高架桥梁的发展应用和动力评估提供一定的理论支撑.本文的主要研究工作如下： (1)开发了新型动力仿真计算平台FORSYS. 常见的商业计算软件和自编程序在进行车辆、轨道和下部结构的建模时都存在一定的不足,如多体动力学仿真软件一般不能进行轨道和下部结构的细致模拟,而有限元分析软件难以进行车辆结构的多体动力学建模；自编程序虽然可以实现多体和有限元的混合建模,但是很难对结构细部进行模拟,且往往工作繁重.针对这些研究手段的不足,本文自主开发了动力仿真计算平台FORSYS. 动力仿真计算平台FORSYS由FORTRAN自编程序模块和ANSYS软件模块组成.其中,ANSYS软件模块主要用于道岔和桥梁结构的有限元建模,FORTRAN自编程序模块主要用于车辆结构的多体动力学建模、轮轨几何接触关系的处理、轮轨相互作用力的计算、系统运动方程的求解等.利用动力仿真计算平台FORSYS,可以实现车辆、道岔和桥梁等结构快速、准确建模,实现车辆模型(多刚体模型)和道岔、桥梁模型(有限元模型)的“刚柔耦合”,弥补了商业软件和自编程序的不足,是一种新型的动力分析手段. (2)建立了完整细致的高速铁路车辆-道岔-无砟轨道-桥梁耦合系统动力分析模型. 针对高速铁路车辆、无砟道岔和高架桥梁的力学特点,本文利用动力仿真计算平台FORSYS,建立了完善的高速铁路车辆-道岔-无砟轨道-桥梁耦合系统动力分析模型.该系统模型由车辆模型、无砟道岔模型、桥梁模型、车岔作用模型和岔桥作用模型组成. 在系统动力分析模型中,车辆结构离散为车体、转向架和轮对组成的多刚体系统；道岔结构完整地考虑了转辙器、连接部分和辙叉部分的力学特点,考虑了钢轨截面型式的变化,考虑了间隔铁、顶铁、滑床台等部件的非线性作用,实现了无砟轨道的实体建模；桥梁结构实现了按图纸建模,考虑了梁体截面的变化和桥梁支座的影响. (3)进行高速铁路高架桥上无砟道岔试验研究,对高速铁路车辆-道岔-无砟轨道-桥梁耦合系统动力分析模型进行验证. 在郑西客运专线渭南北站和京沪高速铁路徐州东站,进行桥上无砟道岔的现场动测工作.主要对车辆过岔时的轮轨垂横向力,钢轨动位移、振动加速度、动弯应力,轨道板振动加速度,桥梁的振动加速度及挠度等进行了测试. 通过对测试数据的分析,对轮轨相互作用、车辆运行的安全平稳性、道岔和桥梁结构的动力特性进行了评估.将仿真计算结果与现场试验数据进行对比,对本文所建立的高速铁路车辆-道岔-无砟轨道-桥梁耦合系统动力分析模型进行验证. (4)进行高速铁路车岔桥系统动力特性的仿真研究. 利用高速铁路车辆-道岔-无砟轨道-桥梁耦合系统动力分析模型,从轮轨相互作用、车辆运行的安全平稳性、道岔结构动力特性、桥梁结构动力特性等方面,对车辆直向和侧向过岔时车辆、无砟道岔和高架桥梁的动力特性进行研究. (5)进行高速铁路车岔桥系统动力参数的影响规律研究. 利用高速铁路车辆-道岔-无砟轨道-桥梁耦合系统动力分析模型,对车辆、道岔、桥梁相关动力参数的影响规律进行研究,为高速铁路道岔和桥梁结构的优化设计和应用发展提供一定的理论支撑. 通过对国外高速铁路车辆噪声标准的介绍和分析,结合我国高速铁路车辆噪声标准的现状以及我国高速铁路车辆的噪声级,提出对于制定我国高速铁路车辆噪声标准的一点建议,并呼吁尽快完善我国铁路噪声标准体系. 铁路车辆制造企业在当前巨大的市场商机面前,要实现企业跨越式发展、做大做强的战略目标,必须从根本上提升生产经营管理水平.生产计划环节是生产制造型企业生产管理的核心,应用ERP进行生产计划管理乃至进行企业所有业务的集成管理是实现企业战略目标的重要途径. 本文基于ERP理论,并结合作者在铁路车辆制造企业实施ERP项目期间获得的经验和体会,从ERP理论的体系结构出发,有重点地研究了ERP实施过程中生产计划应用方案和实施方法. 本文通过具体案例及实际应用数据,对ERP生产计划应用的业务流程、生产计划的总体架构、生产计划编制过程、生产数据的维护配置