基于柔性构架的高速客车动力学性能与疲劳强度研究

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高速化和轻量化是铁路客车车辆发展的主要趋势。高速化可以有效地减少乘客旅行时间和提高经济效益,轻量化可以降低能耗和节约成本。但是,随着运行速度的提高,激扰频率也随之增加,而轻量化又使车辆承载结构刚度下降,有可能会引起剧烈的结构振动,从而造成车辆动力学性能的恶化以及承载结构和零部件的疲劳破坏等问题。转向架是铁道机车车辆最核心的部件之一,承担着车辆的牵引、制动和承载作用。其中构架又是转向架的承载主体,传递并衰减轮轨振动。随着运行速度的提高,轮轨之间的激扰频率也逐渐增大,产生的高频振动先由一系悬挂传递给构架,再通过二系悬挂传递到车体,由于各减振器的阻尼作用,使得最后传递到车体上的振动大大减少。而构架自身结构弹性变形很可能会产生不利于衰减振动的效应,从而降低车辆运行安全性和稳定性。在铁道机车车辆上,液压减振器吸收振动能量,对车辆平稳和安全地运行起着重要的作用。在研究车辆系统的动态响应时,减振器安装刚度经常是被忽视的因素之一实践证明,安装刚度对减振器减振性能发挥有一定的影响。减振器端部接头安装刚度过大时,会过多地传递高频振动,使减振器发生别劲或偏磨现象;但若安装刚度过小或安装间隙过大,则会使减振器有效工作行程缩短,不能达到预期的减振效果。本文首先利用有限元方法与多体动力学方法在仿真环境下对基于柔性构架的某高速客车系统进行动态响应分析。结果表明,柔性构架的振动幅值比刚性构架稍大,且主要集中在高频范围,是因为此频率段构架发生了自身结构弹性振动。其次建立简化的带有减振器安装刚度的1/4车辆系统垂向振动模型,在仿真环境中研究一系垂向减振器三种特性参数的动力学响应,并系统分析了铁路车辆常用的四种液压减振器的安装刚度对高速客车系统动力学性能的影响。结果表明,安装刚度对车辆系统动力学性能具有一定的影响,其中抗蛇行减振器安装刚度的变化对其影响最大。最后分别采用基于UIC-ORE标准和随机载荷谱对构架进行疲劳寿命评估。结果表明,基于随机载荷谱的疲劳分析方法预测的构架寿命更低。
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