考慮服役狀態演化的轉向架構架耐久性試驗方法研究

《考慮服役狀態演化的轉向架構架耐久性試驗方法研究》是依託西南交通大學，由王建斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：考慮服役狀態演化的轉向架構架耐久性試驗方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王建斌
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

現行高速動車組轉向架構架耐久性試驗方法忽略構架服役載荷條件隨車輛性能狀態演變的事實，滯後於可靠性設計要求。本項目以長期服役跟蹤試驗為基礎，總結實測的車輛動力學性能劣化規律。通過車輛動力學模型進行變參數靈敏度分析，得到構架服役載荷與車輛性能演化規律關聯性建模方法，從理論角度獲取輪軌磨耗、懸掛特性變化等因素導致的構架服役載荷變化規律。通過仿真手段，線上路測試數據對比修正的基礎上獲取構架各類運用工況下的短程載荷數據，通過多軸載荷譜拓展生成台架試驗載入譜。通過線路條件與試驗台架條件下構架損傷對比研究，獲取疲勞損傷映射關係。通過虛擬試驗，研究試驗條件下構架損傷一致性驗證方法。依據線性累計損傷法則，研究轉向架構架試驗台載入時間與線路服役里程的關聯規律及耐久性試驗損傷與線路服役損傷的位置關聯規律。

結題摘要

我國已建成世界上最長的高鐵網路，運用環境為長時間大跨度地理區間及氣候特徵多樣性，轉向架構架作為動車組最為關鍵的承載部件，疲勞強度及可靠性直接關係到運營安全。國內主型動車組技術原型引自國外，相關設計標準的制定基礎與我國運用特點具有顯著的差異，為了制定能反映我國車輛實際服役條件及性能演變的構架強度設計標準，項目開展了京滬、武廣等主要高鐵幹線運營車輛長期服役跟蹤試驗，系統掌握車輛動力學性能、車輪磨耗及構架載荷特徵等指標的演變規律。項目研究了高速動車組轉向架構架疲勞試驗載荷譜的生成方法，基於損傷一致性原則採用超越累計頻次擴展獲取全壽命損傷等效的特徵加速度，提出劣化函式描述構架服役載荷與運用里程的演變規律並通過長期服役跟蹤測試數據規律進行校正,根據廣義Basquin公式提出服役載荷劣化的特徵加速度計算方法。該方法考慮了車輛運用環境載荷特徵周期變化的規律，台架載荷與真實服役條件具有較強的關聯性。項目也開展了構架結構動力學參數與服役疲勞損傷的關聯性研究，以國內主型動車組箱梁型與管梁型構架為對比研究目標，通過剛柔耦合車輛動力學仿真及應變壽命疲勞損傷計算，分析了典型車輛運行狀態下的構架模態振動回響、總應變能及疲勞損傷量。根據構架的承載類型，分析兩種類型構架彈性變形的各階模態貢獻量及對應的應變能分量，提出了總應變能質量比作為材料利用率的量化指標。構架低1階扭轉模態振動回響是構架變形的主要貢獻量，且造成了橫側梁連線位置較大應力水平及損傷量；由於構架結構型式為H形，抽象了一種變扭轉剛度的構架模型，通過改變耦合扭轉剛度來改變構架扭轉自振頻率。通過慣性釋放的準靜態疊加法，分析了扭轉頻率從0Hz到45Hz下構架不同位置的損傷量。側梁各位置隨著頻率增加損傷量增大而橫側梁連線位置則隨之降低且敏感性更強。該項目的結論為國內動車組構架設計型式選擇及疲勞強度台架試驗驗證提供了理論基礎。