209系列转向架结构补强及结构疲劳评估研究.doc
《209系列转向架结构补强及结构疲劳评估研究.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《209系列转向架结构补强及结构疲劳评估研究.doc(100页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、1S17417硕士学位论文209系列转向架结构补强及结构疲劳评估研究A Study on 209 Series of Bogie Frame Structure Reinforcement and Structure Fatigue Assessment作者:杨子森 导师:李强北京交通大学2010年6月学校代码:10004密级:公开中图分类号:U271 UDC: 629北京交通大学硕士学位论文209系列转向架结构补强及结构疲劳评估研究A Study on 209 Series of Bogie Frame Structure Reinforcement andStructure Fatigue
2、 Assessment 作者姓名:杨子森 导师姓名:李强 学位类别:工学 学科专业:车辆工程 学 号:08121845 职 称:教授 学位级别:硕士 研究方向:结构强度 北京交通大学2010年6月致谢本人在读研究生期间,在学习上我的指导老师李强教授给予了热情的帮助, 同时他那严谨的治学态度使我深受教育。本论文从论文的选题、论文结构及整个 论文的完成都是在李老师精心指导和热情的关怀下完成的。在此谨向我尊敬的导 师表示深深的谢意!特别感谢缪龙秀老师,谢基龙老师、王文静老师、任尊松老师、刘志明老师 在我的学业和论文的完成中给予的精心指导和无私的帮助。同时感谢杨广雪博士、 朱宁博士、占彦、张双、李振平
3、、张恒、徐国祥、郑福印等同学在我论文完成过 程中对我的帮助。此外,论文工作还得到了唐山轨道客车股份有限公司在数据、试验等方面的 大力支持,在此对公司领导表示深深的谢意。最后感谢我的家人,正是在他们默默的支持和鼓励下才使我顺利完成了学业。中文摘要摘要:随着近几年我国客运不断的进行大规模提速,产生了一系列的疲劳破坏问 题,其中尤为突出的是209系列构架的焊接部位出现的疲劳裂纹破坏的问题,主要 发生在横侧梁连接部的横梁与侧梁下盖板的焊接部位。该裂纹的出现不仅影响铁 路的正常客运运行,而且对列车的安全性产生影响。本文针对中国北车集团唐山 轨道客车有限责任公司生产的209T和209P型客车转向架构架,在
4、运用中产生裂纹 的问题进行研究。根据唐山轨道客车有限公司提供的有关参数,本文首先对209系列两种构架按 照国际铁路联盟的UIC515-4规程中的规定,运用有限元软件ANSYS对该构架进 行了静强度和模拟运行工况下的疲劳强度的计算,经过分析后发现该构架疲劳强 度不能够满足设计使用要求;因此需要对该系列构架进行补强,补强方案根据铁 道车辆构造检修及装备中相关标准设计,共对209T构架提出了六种补强方案, 209P型构架提出了三种补强方案;按照UIC515-4的相关标准对每种补强方案进行 静强度和疲劳强度的计算分析,结合方案的工艺可行性选出了最优补强方案。对209T和209P补强后的构架在实际线路上
5、先后进行了二次动应力测试,试验 线路选择在该类车运用条件较差的兰州至嘉峪关区间段进行实验,实验列车采用 正常的列车编组,因而可以恨好的反映出列车的实际受力情况。经过对釆集的动 应力数据进行处理分析,运用Goodman疲劳曲线对209补强构架进行疲劳强度评估; 运用名义应力法相关理论,通过Miner线性累计损伤准则计算出在1200万公里下的 等效应力幅值,结合相应焊接接头的基本疲劳性能对最优补强方案进行了试验评关键词:转向架构架;补强筋板;疲劳强度;Goodman图 分类号:U271mABSTRACTABSTRACT:As the largely speeding-up of our count
6、rys trains of passengers, a series of fatigue damage problems come out. Particularly, there are fatigue cracks in the junction of horizontal side beam of 209 series of bogie frames, which is quite a serious trouble. This crack not only affects the daily rail transport, but also has large influences
7、on the safety of trains. What this paper researches is aimed at 209T and 209P bogie frames, which are manufactured from Tangshan Track Train corporatin of CNR, studying the weld during the transport.According to the parameters provided by Tangshan track trains corporation, and refer toUIC515-4 regul
8、ations defined by the national railway union, firstly, calculating static strength and fatigue strength of the bogie frames of 209T and 209P in simulation condition using ANSYS software. After analyzing the results, we find out that 209 bogie frame can not meet to the designing requirements. So, the
9、 structure of 209 frame has to be reinforced. According to Trains structure examining and repairing and equipments, which regulates how to design, we design 6 proposals of 209T frame and 3 proposals of 209P frame. Then, we calculate each proposals static strength and fatigue strength referred to UIC
10、515-4, and according to technological feasibility, to select the optimumThe 209T and 209P reinforced bogie frames are tested in a real line twice, the line is from Lanzhou to JiaYuguan, which is bad condition for the trains using,to make an experiment, and the vehicles are linked to a formal train i
11、n order to reflect the real condition of trains stress well. After treating and analyzing the stress data, the 209 frames are evaluated fatigue strength by using Goodman curve. Through the theory of Nominal stress and some related theories, to calculate the stress equivalent amplitude in condition o
12、f 12million kilometers, and make an assessment for the experiment of the optimum ones accprding to the basic performance of welded joints. KEYWORDS: bogie frame; reinforced rib; fatigue strength; Goodman diagram CLASSNO: U271目录mMii中文摘要iiiABSTRACTiv目vi.mi1.1 mnnMi1.2 mmmni1.3 mRmmmu21.4本论文主要研究ft容342.
13、1 42.2 ANSYS 简介52.3计算载荷骑算载荷工况52.4计算约束及边界条件82.5 wmmn-92.6 209构架角焊接接头Goodman曲线确定11本章小结133构架结构补强方案的研究与确定143.1补强板的设计143.2 209T型构架补强方案:173.3 209P型构架补强方案233.4补强构架强度评估263.4.1 mmim263.4.2 27304.构架实际线路的测试与应力谱的编制314.1实验车辆、线路和工况314.2 mmMmnim324.3实测数据的整理与归纳364.3.1应力谱的编制理论364.3.2 一维应力谱的编制理论37本章小结385.构架的疲劳强度评估与疲劳
14、寿命评定395.1煌接构架疲劳强度评估395.1.1 209T构架疲劳强度评估395.1.2 209P构架疲劳强度评估415.2 mmmmw425.2.1名义应力法435.2.2焊接接头S-N曲线445.2.3变幅载荷小应力循环对疲劳累计损伤的影响455.2.4 Miner mmmmmi475.2.5等效应力幅的推导485.2.6 疲劳许 ffl 应力495.2.6.1 209T原结构及补强结构测试数据分析:505.2.6.2 209P原结构及其补强结构数据分析5254556.1 556.2展望5657m58IJHJ59Ulxmm601.绪论1.1研究背景随着近几年我国客运不断的进行大规模提速
15、,产生了一系列的问题,其中尤 为突出的是疲劳破坏的问题,主要发生在焊接部位,这也是最容易发生疲劳破坏 的部位。本论文主要针对唐山轨道客车车辆厂生产的209T及209P这两种出现裂纹破 坏的构架进行研究。209系列转向架是我国早期自主研制的转向架,它广泛应用 在我国客车上。209T型客车转向架是我国自行研制的209系列客车转向架的一种。 这种转向架是在我国传统客车转向架结构上改进的,具有结构简单、性能可靠、 磨耗件少、检修方便、运行平稳等优点,因而被广泛用于我国23. 6米和25. 5米铁 路客车上,是我国主型D轴客车转向架之一。209T型客车转向架适用于时120km/h 以下运行。209P型客
16、车转向架,为了适应较高速度需要,其基础制动装置采用盘形制动 加单侧踏面制动的复合制动系统,主要用于25.5米客车上。由于这两种构架采用焊接结构,近来出现了大量的疲劳裂纹,对安全运行产 生隐患。目前世界上各个国家的工业事故中有很多都是出自疲劳破坏,疲劳断裂事故 最早发生在19世纪初期,随着铁路运输的发展,轨道客车的疲劳破坏成为了工 程上遇到的第一个疲劳强度问题。安全性对于客车是最为重要的性能,因此对该 构架进行疲劳强度的研究是非常必要的。209系列转向架应用在我国大部分120km/h客车上面,唐山轨道客车厂生产 的占了其生产总量的相当一部分,由于采用焊接结构,且当时设计时对疲劳问题 的认识不够充
17、分,导致焊接部位出现裂纹。一旦出现疲劳断裂将对我国铁路客运 产生着致命的影响,会造成巨大的经济损失。因此能够最大程度降低损失的方法 是研究出现裂纹的原因并对结构进行补强,使现有投入使用的转向架构架仍能够 继续使用,才是最好的解决办法。1.2转向架发展历程随着铁路运输的发展,我国50年代发展起来的202型及其它旧型客车转向架 已越来越不能适应安全运行和满足旅客舒适度的要求,需要有一种新型转向架来 代替它。1972年客车转向架定型工作会议,肯定了206型(当时称UD3型)转向架, 但由于工厂在制造时有困难,希望能提出对旧型D轴转向架的改造方案.209型客 车转向架就是在选样一种形势下设计制造出来的
18、。1974年浦镇车辆厂在有关单位协作下,对205型转向架又进行了较全面的改 进,改进后的转向架即是205型C、D轴通用客车转向架,后来铁道部定名为208、 209型转向架(装C轴时为208型,装D轴时为209型)。1975年下半年由浦镇车辆厂 投入小批量生产。该型转向架的轴箱弹簧托盘中心距原设计为560毫米,由于和 206、207型转向架以及机保车的D轴轴箱不能互换,1977年11月将弹簧托盘中心 距改为580毫米.并投入了批量生产。1978年铁道部十年科研发展规划及25. 5米轻型容车设计任务书提出客车运 行速度提高到160公里每小时的要求车辆厂对209型转向架轴箱定位结构及摇枕 纵向挡又进
19、行了改进,改用牵引拉杆,并试制两辆份装在YZ2226929及26930号车 上。为使该型转向架既能适用于23. 6米,又能适用于25. 5米的客车既能安装盘 形制动装置,也能安装踏面制动装置,1979年对构架再次进行了改进。同时,为 方便运用,对导柱安装结构及摇枕、垂向缓冲器、摇枕吊销等零件也作了改进。 改进后的转向架即为现今的209T及209P型转向架,并进行了静强度试验3。1.3构架发生疲劳裂纹情况根据唐山轨道车辆有限公司所提供的资料显示,该疲劳破坏部位发生在构架 横侧梁连接处,该部位是容易发生疲劳破坏的部位。如图1-1所示:Fig.l-1 The bogie frameworic of
20、209T trainFig. 1-2 The bogie framework of209P train 根据上图1-1及1-2所示,得出209P与209T两种客车构架均在一个部位出 现裂纹:构架横侧梁连接区侧梁下盖板与横梁连接处。该两种类型的构架主要区 别是:一个是盘型加单侧面踏面制动,一个是采用踏面制动。1.4本论文主要研究内容(1) 运用ANSYS对209转向架构架进行有限元建模;根据UIC标准进行载荷施加, 计算分析;(2) 通过计算结果和查阅资料分析裂纹出现的原因,并对结构进行补强;(3) 经过有限元分析后得出可行的改进方案;(4) 在实际的线路上对改进后的结构进行动应力实测;(5)
21、对所测得的试验数据进行处理,编制应力谱,对改进后的构架寿命进行 评估。2.原构架的计算与分析根据中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司所提供的图纸以及数据,建立 几何模型及其有限元模型,计算模拟工况作用下的应力值,以此来分析产生疲劳 裂纹的原因。根据现场的结果,裂纹出现在构架的横侧梁连接区的侧梁下盖板与 横梁连接处。因此着重分析该部位的强度。本章主要是用有限元软件ANSYS计算 209T及209P构架,并分析产生疲劳裂纹的原因。2.1有限元法概述有限元法在20世纪50年代起源于航空工程结构的矩阵分析方法。这一方法 主要用来解决复杂杆系结构中力与位移的关系。为此,它先把整个杆系结构分解 开来,对每
22、一杆件,在衍架结构中,不计连接各个杆件的铰的摩擦力,则单个杆 件是二力杆;在刚架结构中,则单个杆件是梁。上述结构可以利用材料力学或结 构力学方法进行分析以得出其力学性能。然后再把这些杆件的内力特性借助于刚 度矩阵的方法综合起来,以得出整个结构的力学特性。这一方法在20世纪50 年代后期开始被用来处理弹性力学中的连续体问题。I960年,Clough在进一步 处理平面弹性问题时,并第一次提出了“有限单元法”这个名称,使人们开始认 识了有限元法的功效。从此,有限元法在工程领域得到了广泛应用。有限元法的基本思想是将具有无限个自由度的连续的求解区域离散为具有 有限个自由度的、且按一定方式相互连接在一起的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 209 系列 转向架 结构 疲劳 评估 研究
链接地址:https://www.31ppt.com/p-3930113.html