车轮多边形对高速列车动力学及轴箱螺栓疲劳寿命的影响研究

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随着我国高速铁路的快速发展,运营速度的不断提高,高速列车行驶安全性和可靠性问题日益突出,车轮多边形磨耗问题便是其中之一。本文以我国某高速动车组为研究对象,讨论了车轮多边形对车辆动力学响应以及轴箱螺栓疲劳寿命的影响。研究内容如下:(1)根据我国某型动车组结构及性能参数,利用Simpack软件建立了多刚体系统动力学仿真模型,模型中考虑了车辆悬挂参数的非线性特性,并采用谐波函数法对车轮多边形进行描述。(2)计算了不同速度等级下,车轮多边形幅值、阶次对车辆动力学性能的影响。研究发现:在多边形阶次小于5时,一阶车轮多边形对车辆垂向平稳性影响最大;轮轨垂向力随着多边形的阶次的增大而增加;当达到一定的阶次时,多边形的激励频率与轮对的摇头频率趋近,系统发生了共振,轮轨垂向力迅速超过了安全限值;随着多边形的激励频率逐渐远离共振区,轮轨垂向力有下降的趋势;脱轨系数随车轮多边形的幅值增加而增大,但在计算范围内未超过安全限值。(3)采用动力学仿真获取的功率谱密度(PSD)函数对轴箱组件应力响应进行计算,并且结合疲劳累积损伤理论和材料的S-N曲线来评估轴箱螺栓的疲劳寿命。结果表明随着多边形的阶数和幅度的增加,轴箱螺栓的寿命会迅速下降。
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