高速动车组转向架构架应力测试、分析方法
2016-10-19陶福君
陶福君
[摘 要]走形部关系到整个车组运用安全,走行部可靠性测试直接关系到列车运营安全评估,可靠的测试、分析方法有助于提高动车组安全性。
[关键词]应力测点 疲劳强度 疲劳极限 DVS1612 循环次数 KFM 应力 安全
中图分类号:T1 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)18-0003-01
0. 引言
中国高铁技术已经达到世界最前沿,为了设计更好的、更安全的车组,需要对现有设计进行可靠的测试分析,尤其对于高速列车的走形部的疲劳评价,本文将对此进行简单讨论。
1. 测点选择
应力测点的选择方法如下:
a)可与应力模拟计算结果进行对比的位置。
b)形状变化明显的部位、结构构件的断面变化明显的部位、焊缝边缘等预计应力集中的部位。
c)转向架制造工序规定在载荷试验结束后需要焊接其他零件的部位、机械加工中构件的厚度发生变化的部位及其附近。
d)基于以往转向架测试经验,动应力幅值较高的部位。
2.分析方法
(1)、分析前数据处理
按照疲劳损伤的观点,影响结构疲劳强度最主要的因素是动应力的变化范围(),通常用动应力幅值()这个参量来表示。采用雨流法进行统计计数后,编制出测点的应力幅值谱,反映实际的动应力历程。
疲劳强度的评估方法及其疲劳强度的取值按照DVS 1612进行。使用Soderberg公式:
其中,σa为计算应力幅值,σm为计算应力均值,σs为构架材料的屈服强度,σ-1为折算成平均应力为0的应力幅值。
对于平均应力小于0的情况,不予折算。
(2)、等效应力计算
将折算后的“应力幅值-频次”谱,依据下式计算200万次等效应力。(考虑计算方便和保守起见,在小于108时,m值取5;108时对应的应力值,需查DVS1612中200万次的许用应力,通过如下公式(2)换算,并令式中的,为疲劳极限)
DVS1612中200万次循环对应的应力值,依如下公式计算
其中,x取值请查询标准规定。(Rσ为应力比取值-1)
(3)、一个应力谱的损伤计算
由Miner线性疲劳累计损伤法则,计算测试里程内一个应力谱产生的损伤 (D1)的公式如下
车组,需要对现有设计进行可靠的测试分析,尤其对于高速列车的走
(本文中应力谱分为64级)
式中各符号说明如下:为各级应力幅值的循环次数; C1和m为S-N曲线参数;在计算累计损伤时,当时,Di=0
(4)等效应力幅的计算
设等效应力幅()作用N次,结构产生的损伤为D,即
式中,N是标准中许用应力对应的循环次数,取N=2×106次。
已知实测应力谱的运行公里数为L1,一个应力谱产生的损伤为D1;设产生损伤D的安全运行里程为L公里(对于本文,假设动车组使用寿命30年,每年50万公里,因此L取1500万公里),则:
代入D和D1的表达式,得:
3.结束语
此方法可以通过实测数据,推算预测寿命里程是否满足。当然在里程推算时,保守起见,应该将较小应力考虑在其内。同时不同标准对于应变片位置有要求,在测试时请依据标准要求贴片。