本文结合高速动力车承载结构轻量化设计的特点和机车车辆制造行业对承载结构疲劳强度工程分析方法的迫切需要,针对承载结构轻量化设计、结构设计动力优化、疲劳强度评定的工程方法和复合弹簧悬挂系统横向刚度及稳定性评定等内容进行研究。 在多向载荷作用下,根据机车车辆承载结构应力分布多数处于多轴应力状态的特点,提出适合于机车车辆承载结构疲劳强度评定的将多轴应力转化为单轴应力的方法——ORE方法和DIN15018方法。利用修正的Goodman疲劳曲线或Moore-Kommers-Japer疲劳曲线,评定机车车辆承载结构的疲劳强度,提出适合于机车车辆承载结构疲劳强度评定的分析方法。 基于UIC和EN等标准对机车车辆承载结构设计和强度试验要求的规定,对高速动力车车体、构架、车轴和车轮等结构进行了疲劳强度分析,提出承载结构疲劳强度分析的工程方法;基于承载结构疲劳试验载荷谱,按照雨流计数法对试验载荷分级,用有限元方法得出每级载荷下结构的应力分布,根据材料或构件在指定寿命下对称循环S-N曲线评定构架的疲劳强度或寿命,为新产品疲劳设计提供了理论依据。 根据将圆柱形螺旋压缩圆弹簧简化为Timoshenko梁的经典分析理论,结合高圆簧和小有效圈数圆柱形螺旋压缩圆弹簧横向刚度和稳定性试验结果,对弹簧横向刚度有显著影响的计算高度进行修正,提出机车车辆一、二系弹簧横向刚度计算的有效方法。针对我国机车车辆高圆簧悬挂系统的结构特点,首次导出高圆簧一端或两端加圆形或回转式橡胶垫系统和并联高圆簧一端或两端加圆形橡胶垫系统横向刚度计算的直接解法。基于复合弹簧系统的失稳机理和压杆稳定性理论,提出复合弹簧系统稳定性评定方法——刚度法,将复合弹簧系统横向刚度分析和稳定性评定方法有机地结合起来,有效地解决了此类问题的理论分析,试验结果验证了理论分析方法的正确性。并引入弹性体动力学分析,反映悬挂系统横向刚度的非线性特点。 根据高速列车轮轨系统激扰频率范围宽广的显著特点,将铁道机车车辆系统的车轴和铁路线路处理为弹性体,车轮和轴箱简化为集中质量和转动惯量,用Timoshenko梁建立车轴的连续弹性体模型,用传递矩阵法求解变截面Timoshenko梁固有频率和固有振型的数值解,引入车轴的正则振型坐标,依据振型函数的正交性,导出车轴正则振型坐标的二阶常微分方程组,建