本文是结合中国铁建高新装备股份有限公司的新产品研发项目"动力稳定车新型稳定装置的研发"进行的,针对项目研发过程中遇到的关键问题,本文从新型稳定装置的作业效果研究和关键部件的失效问题研究两个方面着手。首先对既有动力稳定车的稳定装置作业时的横向激振进行分析研究,将现场实验分析和虚拟仿真结果提供的轨枕系统响应作为开发的参考依据,并在此基础上运用虚拟样机技术,结合刚柔耦合多体动力学,研究新型稳定装置作业响应,评价其作业效果;同时,借助动力学仿真输出的悬挂板弹簧作业期间的载荷谱,对物理样机实验中发生失效的悬挂板弹簧进行系统分析。为新型稳定车稳定装置的开发设计提供数据参考和技术支持。应用车辆轨道动力学理论,建立了动力稳定车整车在走行和作业情况下的数学模型。根据其建立仿真模型,并借助刚柔耦合动力学理论,进行了一系列不同工况下的作业仿真,得到了稳定车的稳定装置、轨道以及轨枕的横向加速度响应曲线,以及不同工况下稳定装置对轨道的轮轨激振力曲线和道碴激振力曲线,讨论了激振频率和垂向静压力这两个主要作业参数对输出的影响。同时进行现场作业试验对比,获得了动力稳定车的实际作业响应,验证仿真结果的有效性,确立了新型稳定装置研发的参考数据,并通过实验中轨道系统的横向加速度响应对比了相关货车动力学研究结果,从时域和频域两个方面证明了动力稳定车作业的有效性。研究介绍了一种新型稳定装置,基于多体动力学理论,对新型稳定装置的各个构件进行运动分析,结合拉格朗日方法建立该稳定装置横向激振的微分方程组并采用新型预测-校正积分法求解,同时采用多刚体仿真模型验证结果,初步分析新型稳定装置的作业响应,验证该结构的可行性。随后建立了新型稳定装置的刚柔耦合虚拟样机模型,参考实际情况,采用了两组常用参数以及一组极限工况参数进行作业仿真,分析新型稳定装置较既有结构的优势。针对新型稳定结构关键部件的失效分析,提出了一种基于裂纹嘴开口位移(Crack Mouth Opening Displacement,简称CMOD)估算J积分的工程预估方法。该方法在工程实际应用中,利用裂纹构件因子β与构件受力无关的特性,通过测量裂纹件的CMOD以来估算J积分以及应力强度因子等断裂韧性参数。文中以三点弯曲试件为例,将仿真和实验两个方面取得的J积分对比,验证了 CMOD与J积分的关系,并通过另一种加载模式的试件介绍了该方法的使用。这种预估方法在断裂研究分析的初期用来预估、评价某断裂问题将会非常便捷。在前述研究基础上,对新型稳定装置样机实验中失效的悬挂板弹簧进行了研究,从零件的材料性能,几何特征,断裂力学特征等几个方面进行了较为详细的分析。借助扩展有限元方法对悬挂板弹簧进行了稳定装置作业工况下的受力分析,获得了裂纹的萌生与扩展随时间的变化曲线。随后根据裂纹长度将断裂扩展的过程分为三个阶段进行分析,研究了不同裂纹长度时应力强度因子随着加载的变化,并利用CMOD方法估测了不同裂纹长度时加载裂纹尖端的应力强度因子,然后与不同复合型裂纹准则的结果进行了对比,并在最后对失效构件进行了总结提出了修改建议。