亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        城市軌道車輛低壓箱沖擊及隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析

        2021-02-04 05:12:46濤,張
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年7期
        關(guān)鍵詞:箱體壽命軌道交通

        徐 濤,張 迪

        (中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司,江蘇 南京 210031)

        據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),機(jī)械結(jié)構(gòu)斷裂事故中有50%以上均為疲勞破壞[1]。對(duì)于城市軌道交通車輛,作為公共交通工具,如果在運(yùn)營中零部件發(fā)生疲勞破壞事故,會(huì)對(duì)乘客生命財(cái)產(chǎn)帶來極大的威脅。傳統(tǒng)的疲勞分析需要通過試驗(yàn)得到應(yīng)力時(shí)間歷程,再通過分析得到疲勞壽命,隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展,通過有限元技術(shù)的疲勞分析能夠提前驗(yàn)證產(chǎn)品結(jié)構(gòu),縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

        1 低壓箱有限元模型

        1.1 有限元模型坐標(biāo)系定義

        低壓箱有限元模型坐標(biāo)系的方向按圖1 所示的定義:

        X 向:車體縱向,從兩枕梁對(duì)稱中心指向一位端,如圖1 所示定義的一位端。

        Y 向:從縱向?qū)ΨQ面指向車體側(cè)墻。

        圖1 有限元模型的坐標(biāo)系定義

        Z 向:從輪軌接觸面指向車頂。

        1.2 低壓箱結(jié)構(gòu)介紹

        低壓箱主要由鋁合金板材組焊而成,鋁合金板材滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3880.2-2012《一般工業(yè)用鋁及鋁合金板、帶材》[2]要求,其中箱體采用 3mm 的 5754-H111 板材;吊座及筋板采用5mm 的5083-O 板材,如圖2 所示。

        圖2 低壓箱三維模型

        箱體質(zhì)量42kg,連接器及電氣元件約重22.2kg。箱體采用鋁合金板材組焊而成,其中箱體上下蓋板與中間箱體為段焊;吊座與箱體為滿焊。

        按照EN15085《軌道應(yīng)用-軌道車輛和車輛部件的焊接》[3]箱體上下蓋板與中間箱體段焊等級(jí)為CPC3;吊座與箱體滿焊焊縫等級(jí)為CPC2。

        1.3 材料力學(xué)性能

        根據(jù)GB/T 3880.2-2012《一般工業(yè)用鋁及鋁合金板、帶材》,低壓箱主要材料5754-H111 板材和5083-O板材的具體力學(xué)性能參見表1。

        表1 材料具體力學(xué)性能表

        1.4 有限元模型

        城市軌道交通車輛低壓箱是按最新的IEC 61373-2010《軌道交通 機(jī)車車輛設(shè)備沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)》[4]1 類A級(jí)要求進(jìn)行沖擊及隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析。低壓箱有限元模型如圖3 所示;模型節(jié)點(diǎn)數(shù)為19170,單元數(shù)為18863。吊座與箱體、中間箱體與上蓋板焊接關(guān)系有限模型如圖4所示。

        圖3 低壓箱有限元模型

        圖4 箱體間焊接關(guān)系

        2 工況及邊界條件

        2.1 設(shè)備沖擊工況及其邊界條件

        按照IEC 61373-2010《軌道交通 機(jī)車車輛設(shè)備沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)》關(guān)于車體安裝1 類A 級(jí)設(shè)備相關(guān)規(guī)定,縱向加速度、橫向加速度、垂向加速度峰值分別取50m/s2、30m/s2、30m/s2,具體工況見表 2。

        邊界條件:吊座與車體安裝的長圓孔處固定。

        表2 1 類A 級(jí)車體安裝設(shè)備沖擊工況表

        2.2 隨機(jī)振動(dòng)疲勞工況及其邊界條件

        按照IEC61373 關(guān)于車體安裝1 類A 級(jí)設(shè)備的規(guī)定,功率譜密度曲線如圖5 所示。設(shè)備質(zhì)量與頻率取值對(duì)應(yīng)關(guān)系見表3。

        圖5 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1 級(jí)A 類功率譜密度曲線

        低壓箱重約64.2kg,按照表3 中1 類A 級(jí)車體安裝設(shè)備頻率取值與質(zhì)量關(guān)系,當(dāng)設(shè)備質(zhì)量<500kg 時(shí):f1取5Hz,f2取 150Hz。

        表3 1 類A 級(jí)車體安裝設(shè)備頻率取值與質(zhì)量關(guān)系表

        按照IEC 61373-2010 規(guī)定,長壽命試驗(yàn)功率譜密度值取值見表4。

        3 設(shè)備沖擊工況計(jì)算結(jié)果

        3.1 縱向加速度沖擊計(jì)算結(jié)果

        縱向加速度5g 沖擊工況下,低壓箱的應(yīng)力分布情況如圖6 所示。低壓箱最大應(yīng)力為88.85MPa,位于內(nèi)側(cè)吊座長圓孔處。最大應(yīng)力小于材料抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度,滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

        表4 1 類A 級(jí)車體安裝設(shè)備功率密度表

        圖6 縱向加速度5g 沖擊下應(yīng)力云圖

        3.2 橫向加速度沖擊計(jì)算結(jié)果

        橫向加速度3g 沖擊工況下,低壓箱的應(yīng)力分布情況如圖7 所示。低壓箱最大應(yīng)力為37.75MPa,位于內(nèi)側(cè)吊座長圓孔處。最大應(yīng)力小于材料抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度,滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

        圖7 橫向加速度3g 沖擊下應(yīng)力云圖

        3.3 垂向加速度沖擊計(jì)算結(jié)果

        垂向加速度3g 沖擊工況下,帶線纜低壓箱的應(yīng)力分布情況如圖8 所示。低壓箱最大應(yīng)力為12.17MPa,位于內(nèi)側(cè)吊座長圓孔處。最大應(yīng)力小于材料抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度,滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

        圖8 垂向加速度3g 沖擊下應(yīng)力云圖

        3.4 小結(jié)

        綜上所述,按照IEC 61373-2010《軌道交通 機(jī)車車輛設(shè)備沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)》關(guān)于車體安裝1 類A 級(jí)設(shè)備相關(guān)規(guī)定,低壓箱結(jié)構(gòu)在縱向加速度、橫向加速度和垂向加速度三個(gè)工況下的設(shè)備沖擊強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見表5。

        表5 低壓箱結(jié)構(gòu)設(shè)備沖擊工況計(jì)算結(jié)構(gòu)

        上述計(jì)算結(jié)果表明,三個(gè)方向沖擊工況下最大應(yīng)力出現(xiàn)在縱向加速度5g 沖擊工況下,低壓箱最大應(yīng)力為88.85MPa,位于內(nèi)側(cè)吊座長圓孔處。最大應(yīng)力小于吊座5083-O 板材抗拉強(qiáng)度275MPa 和屈服強(qiáng)度125MPa。低壓箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊縫類型和等級(jí)合理,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

        4 隨機(jī)振動(dòng)疲勞工況計(jì)算結(jié)果

        4.1 隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析方法

        針對(duì)軌道交通車輛車下設(shè)備隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析,首先要對(duì)車下設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行頻率響應(yīng)分析,得到輸入和輸出的傳遞函數(shù)。其次通過施加激勵(lì)的功率譜密度獲得響應(yīng)的功率譜密度,最后根據(jù)設(shè)備選用材料的疲勞特性曲線和材料的累計(jì)損傷理論,估算出模型的疲勞壽命大小及分布[5]。

        一般工程運(yùn)用和有限元仿真分析中,經(jīng)常采用Miner累積損傷理論和Dirlik 疲勞壽命估算方法,來估算出模型的疲勞壽命大小及分布。該理論是通過標(biāo)準(zhǔn)中的載荷譜獲得壽命云圖,從而有效預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命,完成軌道交通車輛車下設(shè)備隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命仿真分析[6]。

        軌道交通車輛車下設(shè)備隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析的關(guān)鍵是獲得車下設(shè)備結(jié)構(gòu)的應(yīng)力功率譜G(f),從而構(gòu)建設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)力變程的分布函數(shù)p(σ),再利用線性疲勞損傷準(zhǔn)則預(yù)測(cè)出軌道交通車輛車下設(shè)備結(jié)構(gòu)疲勞壽命T。作為瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析常用方法,隨機(jī)振動(dòng)疲勞頻域分析在軌道交通車輛車下設(shè)備產(chǎn)品設(shè)計(jì)及振動(dòng)疲勞分析中得到了廣泛的應(yīng)用[7]。

        基于Miner 假設(shè)的線性疲勞損傷準(zhǔn)則如下:

        式(1)中,參數(shù) D 是累積損傷;參數(shù) Nσi是應(yīng)力變程 σi下的循環(huán)數(shù);參nσi數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)加載的循環(huán)數(shù);參數(shù)N 是應(yīng)力變程的平均循環(huán)數(shù);參數(shù)p(σ)i是σi的分布函數(shù);參數(shù)Δσ 是應(yīng)力變化范圍。

        將式(1)轉(zhuǎn)換為積分表達(dá)式:

        式(2)中,參數(shù) C 和 m 是疲勞特性常數(shù);參數(shù) N0是單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)力以正斜率過零值的數(shù)目;參數(shù)T 是疲勞壽命值。

        在工程運(yùn)用中,p(σ)常通過 Dirlik 的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式[8]:

        以上各參數(shù)均是 m0,m1,m2和 m4的函數(shù),而 m0,m1,m2和 m4分別為 G(f)的零階、一階、二階和四階矩,即

        將式(5)和式(3)代入式(2),當(dāng)損傷 D 為 1 時(shí),為發(fā)生疲勞破壞的臨界值,表示結(jié)構(gòu)累積損傷已達(dá)到極限,該臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的壽命值即為結(jié)構(gòu)的疲勞壽命T[9]。

        表6 模態(tài)分析結(jié)果

        圖9 低壓箱焊縫壽命圖

        應(yīng)力均方根是表征結(jié)構(gòu)應(yīng)力強(qiáng)度的重要參數(shù),有:

        一般來說,當(dāng)應(yīng)力功率譜形狀相差不大時(shí),σRMS越大,疲勞壽命越短。

        4.2 模態(tài)分析

        模態(tài)分析是隨機(jī)振動(dòng)分析的基礎(chǔ)。根據(jù)IEC61373 中規(guī)定的工況要求,分別計(jì)算5~150Hz 下低壓箱的頻率,合計(jì)共12 階,具體各階頻率見表6。

        4.3 基于IEC61373 的隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析

        根據(jù)IEC61373 的規(guī)定,在5~150Hz 分析頻率范圍內(nèi),利用模態(tài)疊加法得到應(yīng)力均方根值,得到低壓箱結(jié)構(gòu)在不同頻率下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征。再根據(jù)EN 1993-1-9:2005《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1-9 部分:疲勞》[10]選取焊縫疲勞強(qiáng)度,得到對(duì)應(yīng)的S-N 曲線進(jìn)行疲勞壽命評(píng)估。

        壽命云圖如圖9 所示,最小壽命發(fā)生在縱向振動(dòng)外側(cè)吊座與低壓箱滿焊處,預(yù)計(jì)壽命為29628 秒,約8.23小時(shí),滿足標(biāo)準(zhǔn)加速振動(dòng)試驗(yàn)5 小時(shí)的要求。

        5 結(jié)論

        通過建立低壓箱有限元模型,并依據(jù)IEC61373 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行沖擊和隨機(jī)振動(dòng)分析表明:低壓箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊縫類型和等級(jí)合理,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

        在軌道交通車下設(shè)備設(shè)計(jì)中,利用有限元仿真技術(shù)分析,計(jì)算設(shè)備沖擊及隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命,可以有效指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì),縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期,提高產(chǎn)品可靠性。

        猜你喜歡
        箱體壽命軌道交通
        軌道交通產(chǎn)品CE認(rèn)證論述
        人類壽命極限應(yīng)在120~150歲之間
        中老年保健(2021年8期)2021-12-02 23:55:49
        高速軌道交通發(fā)展趨勢(shì)
        倉鼠的壽命知多少
        馬烈光養(yǎng)生之悟 自靜其心延壽命
        高牌號(hào)灰鐵前端箱體質(zhì)量提升
        人類正常壽命為175歲
        奧秘(2017年12期)2017-07-04 11:37:14
        超大型冷剪箱體加工難點(diǎn)分析
        基于ANSYS Workbench 的ATB260 減速器箱體模態(tài)分析
        一款箱體可整體收縮折疊式簾布半掛車
        專用汽車(2016年9期)2016-03-01 04:17:30
        成人av片在线观看免费| 国产亚洲精品自在久久77| 国产成人AⅤ| 日本刺激视频一区二区| 尤物在线精品视频| 国产免费午夜a无码v视频| 国产亚洲AV天天夜夜无码| 97人妻中文字幕总站| 欧美性生交活xxxxxdddd| 老熟女高潮一区二区三区| 亚洲色偷偷综合亚洲AVYP| 亚洲一区二区岛国高清| 精品久久久久久无码专区| 少妇人妻偷人精品视蜜桃| 最新在线观看精品国产福利片| 亚洲人成精品久久熟女| 欧美日韩在线视频一区| 人妻aⅴ无码一区二区三区 | 2020久久精品亚洲热综合一本| 日韩在线视频专区九区| 丁香婷婷激情综合俺也去| 无码人妻丰满熟妇啪啪7774| 国产精品不卡无码AV在线播放| 91盗摄偷拍一区二区三区| 高h纯肉无码视频在线观看| 日韩黑人欧美在线视频观看| 日本高清中文字幕二区在线| 日本一区二区在线免费视频| a级大胆欧美人体大胆666| 野外三级国产在线观看| 男女啪啪动态视频在线观看| 99无码熟妇丰满人妻啪啪| 老熟女多次高潮露脸视频| 成年人男女啪啪网站视频| 亚洲天堂丰满人妻av| 丰满少妇被猛烈进入| 国产成人一区二区三区影院免费| 日本一区二区在线免费看| 亚洲欧美国产国产综合一区| 亚洲一区sm无码| 射进去av一区二区三区|