多因素影響下的高速列車車體疲勞全壽命預測方法研究

《多因素影響下的高速列車車體疲勞全壽命預測方法研究》是依託西南交通大學，由盧耀輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多因素影響下的高速列車車體疲勞全壽命預測方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：盧耀輝
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

隨著鐵路列車速度的提高和輕量化的設計，車體結構的疲勞可靠性對高速列車的安全性顯得非常重要。針對高速列車車體結構，從設計製造運營一體化的角度出發，以控制影響車體疲勞壽命的各主要因素、保證高速列車車體的安全可靠性為目標，採用解耦的方法，研究高速條件下振動、氣動載荷、焊接殘餘應力以及其它靜態隨機變數對車體疲勞的影響機理；採用耦合各因素的方法，研究車體疲勞全壽命的預測方法，其中包括車體所採用的薄板結構的多軸應力分析方法、焊縫部位應力分析方法、子模型分析方法以及損傷一致原則的載荷譜的編制研究；理論和試驗研究車體結構的加速壽命試驗方法等。本項目的研究成果將形成設計製造運營一體化的高速列車車體結構可靠性評價方法，並給出相應的控制技術措施。同時結合大量的理論仿真分析結果，將理論研究成果套用於工程實際，指導高速列車車體結構的設計。

結題摘要

摘要：本項目針對高速列車車體結構，從設計-製造-運營一體化角度出發，對多因素影響下的高速列車車體疲勞壽命預測方法進行研究。其中包括高速條件下振動，氣動載荷，焊接殘餘應力和多個隨機變數對車體疲勞損傷的影響，以及車體疲勞評估方法研究和加速壽命試驗方法研究。項目進行中首先對車輛運行過程中車體上的載荷譜進行時頻分析，採用模態疊加法預測車體振動疲勞壽命，分別計算各階模態對損傷的影響，找出了對車體振動損傷影響較大的有害模態；之後，採用時間積分方法將氣動載荷轉化為多工況疲勞載荷研究氣動載荷，並基於標準採用Goodman曲線對車體疲勞強度進行評估，分析指出氣動載荷對車體側牆影響較大，對車體底架以及司機室影響較小；採用熱-彈塑性法仿真分析車體側牆及車頂焊縫處的殘餘應力，並將仿真結果與實測結果進行對比，發現兩種方法得到的結果趨勢相同，但殘餘應力仿真結果較實測結果大；採用蒙特卡羅方法分析了板厚、靜態載荷及材料特性這些非確定性參數對車體應力的靈敏度，分析其對車體疲勞強度可靠性的影響；根據應力強度干涉理論以及材料疲勞強度退化理論，本研究分別分析了考慮強度退化與未考慮強度退化時車體的疲勞強度可靠度；在車體疲勞壽命預測方法研究中，研究了薄板結構的多軸應力分析方法，基於等效結構應力的車體裂紋擴展壽命分析方法以及載荷譜轉化為關鍵點應力譜的數值方法；最後，本研究基於FKM標準進行車體加速載荷譜編制，根據不同的損傷累計模型分析了低-高/高-低載入順序對疲勞損傷的影響規律，車體靜強度及疲勞強度試驗結果與有限元法仿真結果具有較好的一致性。本項目已發表論文16篇，已錄用待發表1篇，軟體登記註冊2項。培養碩士生8名，其中5名已經取得碩士學位，3名在讀。