摘要：为了改善高速列车小半径曲线通过能力,通过推导极限曲线半径,理论分析了轴箱内置和外置结构对曲线通过能力的影响,并构建了这2种轴箱布置方式的高速列车动力学模型。通过对2种轴箱布置结构的高速列车动力学性能进行仿真比较并得出以下结论:在高速运行条件下,2种布置方式模型各项动力学指标均满足要求;在保证足够的抗倾覆能力的同时,轴箱内置式高速列车垂向动力学性能和小半径曲线通过性能要优于轴箱外置式列车,在小半径曲线路段(如站场线等)有良好的适用性。为高速列车轴箱布置参数设计和动力学仿真研究提供理论支持和借鉴。

摘要：转向架构架是车辆走行部主要承载结构,结构的疲劳强度可靠性是核心的设计指标。根据受力分析,构架弹性变形的载荷来自车体振动与轨道不平顺导致的超静定扭曲支撑。基于模态柔性并通过刚柔耦合车辆动力学仿真,分析车辆典型运行状态下构架模态参与系数;构架一阶扭转模态振动响应是构架变形的主要贡献量,且造成了横侧梁连接位置较大应力水平及损伤量;由于构架结构型式为H形,抽象了一种变扭转刚度的构架模型,通过改变耦合扭转刚度来改变构架扭转自振频率。通过惯性释放的准静态叠加法,分析扭转频率从0 Hz到45 Hz下构架不同位置的损伤量。侧梁各位置随着频率增加损伤量增大而横侧梁连接位置则随之降低且敏感性更强。确定了主变形条件下的等刚度设计原则,构架设计应提高横侧梁连接位置刚度。

摘要：转向架构架是动车组走行部主要承载部件,疲劳强度与轻量化是结构设计的核心内容。以国内主型动车组箱梁型和管梁型构架进行对比研究,通过刚柔耦合车辆动力学仿真及应变寿命疲劳损伤计算,比较轨道三角坑冲击、高速直线运行和低速曲线通过三种典型车辆运行状态下的构架模态振动响应、应变能及疲劳损伤量。根据构架的承载类型,计算构架弹性变形的模态贡献量及对应的应变能分量,提出了应变能质量比作为材料综合利用率的评价方法,用以量化结构的抗疲劳和轻量化设计水平。采用该指标系统评价了两种构架的结构型式:箱梁型构架的垂向刚度低于管梁型构架,垂向弯曲变形量较大的区域如侧梁底部其静态应变能质量比高于管梁型构架;箱梁型构架扭转刚度高于管梁型构架,扭转变形较大的区域如横梁与侧梁的连接位置其动态应变能质量比要小于管梁型构架。提出合理优化质量分布以提高构架主载荷模态频率、降低应变能质量比为目标的结构设计与评价方法。

摘要：开展了EA4T合金钢材料的低周疲劳试验、旋转弯曲高周疲劳试验与裂纹扩展速率试验,考虑载荷类型、表面质量与尺寸系数等因素,修正了标准小试样疲劳极限以预测全尺寸车轴的疲劳性能;建立了轴箱内置铁路车轴(内箱车轴)的有限元模型,分析了内箱车轴与传统轴箱外置铁路车轴(外箱车轴)临界安全部位的差异;基于安全寿命设计理论,结合修正的线性Miner疲劳累积损伤准则和载荷谱,研究了内箱车轴的疲劳强度与服役性能;分别采用Paris公式、NASGRO方程和LAPS模型拟合了裂纹扩展速率曲线,基于损伤容限设计方法估算了内箱车轴和外箱车轴的裂纹扩展寿命。研究结果表明:标准小试样的疲劳极限明显高于全尺寸车轴,其疲劳极限均值分别为369、286 MPa;与传统外箱车轴相比,由于加载位置的改变,内箱车轴的临界安全部位从卸荷槽处转移至轴身中部;内箱车轴疲劳总寿命为2.5×1012 km,满足30年服役寿命的设计要求;但是在运输或服役过程中车轴表面不可避免会存在缺陷,缺陷处存在严重的应力集中,为裂纹的萌生和扩展提供了便利条件,使车轴疲劳寿命大幅降低;当车轴临界安全部位的裂纹深度扩展到5 mm时,内箱车轴和外箱车轴的剩余寿命分别仅为3.2×105、2.0×105 km,应根据无损探伤精度合理制定无损检测周期,确保车轴安全服役。

摘要：研究一种基于划分粘黏剂涂抹区来实现的阻尼复合板隔声优化方法。首先,以铝板和木质胶合板为基板,基于混合有限元-统计能量分析(Hybrid FE-SEA)法建立其阻尼复合板隔声量预测模型;随后,通过模态贡献度分析与振型分析相结合,划分出粘黏剂涂抹区域。与传统的全区域涂抹粘黏剂相比,优化后两组复合板的计权隔声量提升0~0.1 dB,平均隔声量上升0.05 dB~0.2 dB,且粘黏剂使用量下降55%~70%,符合成本节约及轻量化设计原则,具有工程实用意义。

摘要：通过转向架构架平衡方程,确定车体加速度为构架主体载荷的计算输入参数,对典型镟修周期内振动数据进行统计分析,得到该参数随运营里程的演变规律。基于线性累积损伤和超越累积频次扩展法则,提出特定车轮磨耗状态下的长程谱拓展及特征加速度计算方法。随着车轮等效锥度和踏面粗糙度的增长,车辆的振动水平随之加剧,提出劣化函数描述构架载荷在镟修周期内的恶化过程,曲线由长期服役跟踪试验累积的车体特征加速度拟合得到。根据广义Basquin公式提出全寿命周期内劣化曲线的等效特征加速度计算方法,获得台架试验载荷谱。试验载荷谱设计考虑了频次压缩、损伤扩展、载荷周期劣化特征,满足构架实际运用状态的损伤一致性。

摘要：为了实现混合动力列车的计算仿真,建立混合电源系统模型,并提出一种混合电源系统控制策略.在此基础上,通过对混合电源系统与列车纵向动力学系统的耦合分析,给出了基于该电源系统控制策略的列车运行目标速度曲线计算算法.利用MATLAB/Simulink对系统建模,对列车在某线路上的运行过程进行了仿真.仿真结果表明,系统控制策略能够满足列车的运行性能,列车自动控制(ATC)系统能够精确的控制列车跟踪计算的目标速度曲线运行,混合电源回收了41%的再生制动能量,控制策略和目标速度曲线计算算法达到了设计目标.

摘要：动车组车体正常运营状态下可以保持十分优异的动力学性能,给乘客创造舒适的出行环境,但在偶然情况下也会出现异常弹性振动,也被称为抖车问题,严重影响车辆运行品质。基于线路实测车轮和钢轨外形,建立考虑弹性车体的动车组刚柔耦合动力学模型,仿真再现了动车组车体异常弹性振动现象,并对异常振动原因进行了研究。结果表明:动车组车轮与钢轨匹配关系异常,轮对等效锥度达到0.65,导致转向架蛇行运动频率达到9~10 Hz,与动车组车体一阶菱形模态频率接近,是引发车体产生异常振动的原因。基于此原因,改善轮轨匹配条件、提升车体一阶菱形模态频率和控制转向架蛇行运动相位关系是抑制异常弹性振动的三大方向。通过仿真分析发现,打磨钢轨和镟修车轮均能改善轮轨匹配关系,进而有效解决抖车问题;提升车体一阶菱形模态频率可将转向架蛇行运动频率与车体弹性模态频率分隔开,从而降低车体异常弹性振动;另外,使前后转向架反相位蛇行运动也可以避免激发车体一阶菱形模态。最终建议对异常振动线路轨道进行打磨处理;对于新设计高速动车组车体,建议提升车体一阶菱形模态频率,以提升了动车组车体对磨耗车轮和异常线路的适应性。

摘要：为研究悬挂多设备对高速列车舒适度指标影响规律,建立车体-设备的27自由度的刚柔耦合数学模型,获得车体及车下设备悬挂系统的加速度频率响应函数表达式,结合德国垂向不平顺轨道谱和舒适度滤波函数计算车体参考点的舒适度指标。分别研究有无设备、不同悬挂频率、不同悬挂位置对车辆垂向舒适度指标的影响规律。研究结果表明:合理设计车下设备悬挂参数不仅能降低车体中部舒适度指标,还能在一定程度改善车体端部乘坐舒适性,尤其是200~300 km/h时车体端部舒适度指标;通过分析最终确定设备1最优悬挂频率为10.2 Hz;双层悬挂系统中框架最优悬挂频率小于8 Hz,设备2最优悬挂频率为11~12 Hz;设备的空间布置也会对舒适度产生影响,设备1悬挂位置对车体中部和端部舒适度影响不大,而双层悬挂系统悬挂于13.5 m位置处时车体中部和端部都能获得较好舒适性。

摘要：在不同试验参数下,采用自主设计的螺栓加载装置,系统地开展偏心载荷作用下螺栓连接结构的松动试验。通过获取螺栓轴向力时变曲线,研究偏心载荷作用下螺栓连接结构的松动行为;运用三维显微镜(Optical microscope,OM)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)以及X射线电子能谱仪(Energy dispersive X-ray,EDX)等分析方法对试验后的螺纹接触表面进行损伤形貌分析,深入讨论螺纹接触界面的微动运行行为(微观滑移和微动磨损)对螺栓松动的影响规律,进一步揭示螺栓连接结构的松动机理。结果表明:在偏心载荷作用下,螺栓轴向力表现出明显的下降趋势,但拧松力矩变化较小。螺栓轴向力的下降过程可以分为两个阶段:(1)由于螺纹接触表面粗糙峰被去除和连接结构的塑性变形,轴向力迅速下降;(2)由于材料的棘轮效应,塑性变形趋于安定极限,螺纹接触面之间的微动磨损导致螺栓轴向力缓慢下降。螺纹接触面之间的损伤机制主要表现为疲劳磨损,并伴随磨粒磨损和黏着磨损。此外,运用ABAQUS对试验过程进行数值模拟,其计算结果与试验结果相互吻合。