随机载荷作用下的高速列车车体振动疲劳分析方法研究

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1、国内图书分类号：U270.1+2密级：公开国际图书分类号：629西南交通大学研究生学位论文随机载荷作用下的高速列车车体振动疲劳分析方法研究年级2015级姓名张醒申请学位级别工学硕士专业动力机械及工程指导老师卢耀辉副教授二〇一八年五月ClassifiedIndex:U270.1+2U.D.C:629SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONVIBRATIONFATIGUEANALYSISMETHODOFHIGH-SPEEDTRAIN

2、CARBODYUNDERRANDOMLOADSGrade:2015Candidate:ZhangXingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceinEngineeringSpeciality:PowermachineryandEngineeringSupervisor:AssociateProf.LuYaohuiMay,2018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

3、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□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：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）建立了高速列车单节车垂向多体系统动力学模型，计算了不同线路等级对应的车体垂向载荷；并基于高速列

4、车牵引制动特性曲线分析了车体承受的纵向载荷。编制了典型运行工况下的车体垂向及纵向载荷谱；（2）建立了车体有限元模型，基于惯性释放法探讨了一种适用于车体强度有限元计算的边界条件。采用有限元法计算分析了车体的强度及模态，并与试验结果进行了对比；对车体悬吊设备的悬挂刚度进行了计算，建立了车下悬吊设备刚性连接及弹性连接的车体有限元模型，分别计算了两种车体整备模态；（3）采用模态叠加法计算了车体疲劳损伤，分析了模态截断误差对车体疲劳损伤计算精度的影响。在保证模态叠加计算精度的情况下，分析了纵向载荷和车体主要

5、模态对振动疲劳损伤的影响。基于模态叠加的动态分析方法，建立了车体模态参数与损伤之间的关系，该方法可以为车体整体和局部结构设计提供参考；（4）在模态对振动疲劳损伤影响分析的基础上，考虑车体承受的垂向和纵向多轴随机载荷的作用，基于模态叠加法，分别采用名义应力法与结构应力法对车体母材与焊缝部位关注点的振动疲劳寿命进行了评价，对比两种方法得出了名义应力法评估焊缝疲劳的优缺点以及结构应力法在评估焊缝疲劳时的先进性。本人郑重声明：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

6、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：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要列车运行速度提高导致车体承受载荷的频率范围不断扩大，载荷的能量也在增加。车体采用铝合金轻量化设计，其自身的模态特性发生了变化。在这种情况下，采用振动疲劳的设计方法有利于发现问题，进而对高速列车车体进行动态抗疲劳设计，提高其疲劳可靠性和耐久性。首先建立某型高

7、速列车单节车垂向多体系统动力学模型，根据标准中的轨道不平顺谱计算各响应谱，并计算得到动力学模型各响应的频率响应函数，对二系悬挂力功率谱进行频域—时域转化得到车体垂向载荷谱。之后，基于高速列车牵引制动特性和高速列车单位运行阻力计算列车典型工况下的速度时间曲线，从而推导得到车体纵向载荷谱。车体载荷谱编制过程中发现分析频率上限及下限对时域信号模拟结果影响较大：有效频率下限选择较小值时，模拟结果具有明显的宽带信号的特征，有效频率下限选择较大值时，模拟结果具有明显的窄带信号的特征。不同线路等级也对车体垂向载

8、荷有较大影响。然后，建立车体有限元模型，基于惯性释放法探讨适用于车体强度有限元计算的边界条件，分别采用两种边界条件计算车体强度，通过结果结果对比分析，验证了本文采用的车体强度计算边界条件的正确性。车体模态仿真结果与试验结果对比具有较好的一致性，验证了模态仿真结果及车体有限元模型的正确性。在此基础上，进一步对车体悬吊设备悬挂刚度进行计算，分别建立悬吊设备刚性连接及弹性连接的车体有限元模型并计算两种车体整备模态，对比验证了悬吊设备弹性连接的车体整备模态较合理，并以此作为模态叠加法中的模