摘要：复合材料夹芯结构在轨道车辆车体轻量化中应用广泛,但在大型夹芯结构车体仿真计算时,存在结构层次复杂且分析经验较为缺乏等问题。本文提出考虑蜂窝双壁影响的Y型蜂窝等效模型,然后基于Y型蜂窝等效构建碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳纤维铝蜂窝夹芯板仿真分析模型,并将其分别与三点弯曲试验进行验证。根据传统列车车体的蒙皮骨架形式,构建碳纤维铝蜂窝车体和格栅增强碳纤维铝蜂窝车体,并运用BSEN12663:2010标准和《复合材料设计手册》中的设计标准分析其刚度、强度、应变等力学性能。研究结果表明:碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳纤维铝蜂窝夹芯板三点弯曲仿真结果与试验值误差分别为2.8%和0.1%,验证了Y型蜂窝等效模型具有较高的精度;碳纤维铝蜂窝车体的比刚度最低提升了49.4%,强度最高提升了64.5%;格栅增强碳纤维铝蜂窝车体的比刚度最低提升了67.6%,强度最高提升了66.2%。对于2种蜂窝夹芯结构车体的蒙皮来说,格栅增强碳纤维铝蜂窝车体应变最低下降了36.9%,失效因子最低下降了61.1%,相比碳纤维铝蜂窝车体有较充足的安全余量;相比原不锈钢车体,2种蜂窝夹芯结构车体具有较好的减重效果,碳纤维铝蜂窝车体减重33.4%,格栅增强碳纤维铝蜂窝车体减重13.1%。基于Y型蜂窝等效模型的碳纤维夹芯结构仿真分析,为先进复合材料轨道车辆车体结构轻量化设计提供了参考。

摘要：在轨道车辆轻量化设计中采用镁合金可以达到显著减少车体质量、提高列车运行速度以及减轻运营能源消耗的优化目标。针对在小子样疲劳试验空间中,镁合金焊接结构各存活率下主S-N曲线获取较为困难的问题,首先提出结合Bootstrap自助法与等效结构应力法的疲劳评估方法。在此框架下,对不同板厚、材料、类型和应力比的镁合金焊接接头进行物理疲劳试验,并采用有限元仿真,进行试件接头焊趾处的等效结构应力数值模拟试验。其次,分别采用传统成组法和Bootstrap自助法拟合得出不同存活率下镁合金焊接结构疲劳寿命预测模型的统计参数。结果表明,Bootstrap自助法得到的镁合金疲劳试验样本拟合结果更趋于稳定,提高了镁合金疲劳寿命试验数据的拟合程度和样本数目较小时疲劳寿命预测的准确性。基于此方法得到并验证了镁合金焊接结构主S-N曲线的较精确回归模型。

摘要：为提高转向架构架的承载能力并实现轻量化,提出一种基于改进果蝇算法-优化克里金模型(SFOA-Kriging)和NSGA-Ⅲ算法相结合的多目标优化方法。首先,根据标准UIC 510-3对某货车三轴转向架构架施加约束和载荷并进行静强度分析和灵敏度分析,筛选出关键参数。其次,通过引入Sine混沌映射和变步长机制改进FOA算法,并利用该算法优化Kriging模型,提高拟合精度。最后,以构架结构参数为设计变量,最大Von Mises应力和质量为响应值,建立SFOA-Kriging模型。利用NSGA-Ⅲ算法对模型进行优化求解,选用模糊集合理论得到Pareto最优解。结果表明,优化后的构架模型最大Von Mises应力和质量均有所降低,该方法解决了复杂模型拟合精度低、求解时间长的问题,对复杂部件的优化设计具有一定的实用价值。

摘要：传统RAMS分析方法中专家主观判断影响较大且不具备处理不确定性问题的能力。本文提出一种基于有序加权平均算子改进的失效模式影响与危害性分析方法(OWA-FMECA),对柴田式密接车钩系统实际故障问题进行分析,利用OWA算子赋予各故障模式严重度(S)、发生度(O)和探测度(D)3个因素权重,得到系统各故障模式的加权风险优先数(WRPN),进而得到更合理的系统风险评价结果。引入正态模糊数表示事件故障发生概率,建立柴田式密接车钩系统的正态模糊故障树(NFFTA),确定车钩系统中的关键部件。最后,基于马尔可夫模型评估柴田式密接车钩系统及关键部件的可靠度、MTBF等RAMS指标,为柴田式密接车钩的设计优化和维修工作提供指导。

摘要：Goodman-Smith曲线在轨道车辆疲劳评估中应用广泛,但UIC ORE B12/RP17标准中提供的Goodman-Smith曲线在使用过程中存在安全裕量不高和焊缝数据缺乏合理性的问题。本文首先分别采用UIC标准中提供的Goodman-Smith曲线和BS 7608标准对3种典型焊接接头模型进行疲劳强度评估,证明Goodman-Smith曲线评估的结果较为宽松。其次,为使Goodman-Smith曲线能够适应实际情况出现的非对称循环载荷,提出非对称循环疲劳强度向对称循环的转换公式,实现BS 7608标准中脉动循环向Goodman-Smith曲线所需对称循环的转换。然后,根据BS 7608标准提供的S-N曲线修正循环次数为2×10^(6)次下的对称循环疲劳强度,并结合UIC标准,绘制改进后的八边形Goodman-Smith曲线。最后,分别改进前后的Goodman-Smith曲线对某转向架构架的关键焊缝进行疲劳强度评估。结果表明,改进后的Goodman-Smith曲线可以有效解决安全系数过大导致的疲劳评估结果过于宽松以及焊缝数据缺乏合理性的问题。该设计改进的曲线更加符合工程应用需求,为转向架构架焊接结构评估方法提供了新参考。

摘要：抱轴箱是机车转向架的重要组成部分,在支撑、固定驱动电机和保持运行平稳上起着重要作用,其轻量化设计可有效改善转向架的力学性能。本文建立了机车抱轴箱有限元模型,采用Ansys分析5种超常工况下的结构强度,采用Goodman-Smith曲线对3种运营工况进行疲劳强度分析。随后,以体积分数、周向循环对称为约束条件,以加权柔度最小为优化目标,利用OptiStruct软件对其进行多工况拓扑优化设计,优化后的抱轴箱结构可消除多个应力集中点,并实现10.8%的减重。