【摘 要】
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在实际运营中,部分地铁车辆转向架构架在运行里程远不及设计寿命时就开始出现疲劳破坏问题,这是因为我国地铁车辆运行条件复杂、工况多变且载客量大、维护不足等客观因素导致的。这些特殊性致使国际现行转向架构架设计标准不能覆盖我国地铁车辆转向架构架的实际设计需求。因此,编制可以反映我国真实运营情况的转向架构架载荷谱对地铁车辆的设计与运营安全至关重要。本文主要以某B型地铁动车转向架构架作为研究对象,对地铁车辆转
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在实际运营中,部分地铁车辆转向架构架在运行里程远不及设计寿命时就开始出现疲劳破坏问题,这是因为我国地铁车辆运行条件复杂、工况多变且载客量大、维护不足等客观因素导致的。这些特殊性致使国际现行转向架构架设计标准不能覆盖我国地铁车辆转向架构架的实际设计需求。因此,编制可以反映我国真实运营情况的转向架构架载荷谱对地铁车辆的设计与运营安全至关重要。本文主要以某B型地铁动车转向架构架作为研究对象,对地铁车辆转向架构架的载荷识别和建立普适性的载荷谱的方法进行研究并做了探索和改进。本文的主要工作包括:(1)在真实运营条件下进行转向架构架载荷解耦识别和疲劳强度评估。首先,分析每种载荷的产生原因和测试方案。然后,通过试验得出各载荷与其他载荷解耦的载荷识别点,并进行室内标定试验得出载荷识别点的“载荷-应力”传递系数。最后,通过线路实测完成对转向架构架的全载荷种类载荷时域信号的识别,同时,取转向架构架疲劳关键位置的应力测试结果,开展疲劳强度评估。并将真实应力值结果作为之后载荷谱编制校准的依据。(2)去除由于结构弹性振动引起的载荷识别信号幅值放大效应对普适性的载荷谱编制至关重要。通过结合转向架构架实测信号时频域分析和有限元模态分析,可以看出转向架构架在运行中发生了共振,识别的载荷幅值相较真实外载明显被放大。而截至目前的转向架构架载荷谱研究中没有考虑这一问题,而是认为测得的载荷响应与真实外载间的传递关系不随频率和模态变化,导致最终载荷谱只能反映当前结构的特征。鉴于在载荷识别试验过程中完成对幅值放大问题的处理非常困难,本文探索出一种半自适应载荷数据后处理方法,可以有效降低被弹性振动放大的载荷信号幅值。处理后的载荷数据将更贴近真实外载,实现载荷谱与转向架构架模态特性解耦。这是转向架构架载荷谱研究中对弹性振动引起的幅值放大问题处理的首次尝试。(3)针对工程应用中测试长度有限的问题,有必要对载荷谱进行扩展。本文提出了两种载荷谱编制及扩展方法:1)基于扩散核密度估计的地铁车辆转向架构架载荷谱编制及扩展方法。方法中将扩散核密度估计与超越概率法相结合,实现了高精度载荷谱扩展。从概率密度曲线拟合优度检验、计算损伤和全寿命周期载荷幅值最大值推断的角度,验证了此方法的准确性。2)改进的标准累积频次载荷谱编制和扩展方法。该方法解决了传统标准累积频次载荷谱编制和扩展过程中没有考虑小载荷循环去除所引起的边界误差问题。并通过实测案例应用验证了精度的提升。文中也将上述两种扩展方法作了对比和优缺点分析。(4)进行载荷谱扩展后,利用遗传算法实现损伤一致载荷谱校准。同时建立扩展谱评价标准,在扩散核密度扩展谱和改进的标准累积频次载荷扩展谱中选择最优校准谱组合。最终建立可以覆盖准静态转向架构架所有疲劳关键位置损伤的普适性全种类全寿命周期载荷谱。通过与国际现行标准比较,本文的整体载荷谱编制方法在结果上显示出了更高的准确性,为符合中国国情的地铁车辆设计和疲劳强度评估提供了有益参考。
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