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地铁柔性车轮双坑磨耗仿真及硬度影响
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作者 王金宇 曾毅 张旭 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第28期12264-12271,共8页
车轮磨耗是轮轨接触关系的重要影响因素,对车辆的动力学性能、运行安全和乘坐舒适性有直接影响。双坑磨耗作为一种异常车轮磨耗形式,不仅影响车辆的稳定性和舒适性,还增加了车轮的维修成本,成为轨道交通运营中的重要问题。研究基于实测... 车轮磨耗是轮轨接触关系的重要影响因素,对车辆的动力学性能、运行安全和乘坐舒适性有直接影响。双坑磨耗作为一种异常车轮磨耗形式,不仅影响车辆的稳定性和舒适性,还增加了车轮的维修成本,成为轨道交通运营中的重要问题。研究基于实测的地铁车轮踏面硬度数据,建立考虑车轮局部硬度变化的刚柔耦合车辆动力学模型和Archard车轮磨耗模型,分析相同里程不同硬度条件下车轮的磨损过程以及相应的动力学性能,研究车轮踏面名义滚动圆处硬度变化对双坑磨耗的影响。结果表明:随着运行里程不断累积,车轮踏面的双坑磨耗深度呈现出渐次增大的趋势。在同一运行里程下,名义滚动圆处硬度提高,导致在车轮与轨道的接触过程中,产生更大的局部压力,从而加剧了滚动圆两侧区域的磨损。相较于轮轴横向力和脱轨系数,随着硬度增加,轮重减载率的变化更为明显。 展开更多
关键词 车轮磨耗 双坑磨耗 硬度 名义滚动圆 刚柔耦合
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基于改进M-H模型的转向架构架疲劳损伤分析 被引量:1
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作者 唐毓晗 王悦东 郭涛 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第3期1279-1290,共12页
高速动车组转向架焊接构架的疲劳失效大多由多级复杂载荷作用下的疲劳损伤累积引起。在多级加载下,疲劳损伤的累积过程呈现出明显的载荷顺序效应和载荷相互作用效应,使疲劳损伤分析和疲劳寿命预测复杂化。疲劳损伤分析常用的Palmgren-Mi... 高速动车组转向架焊接构架的疲劳失效大多由多级复杂载荷作用下的疲劳损伤累积引起。在多级加载下,疲劳损伤的累积过程呈现出明显的载荷顺序效应和载荷相互作用效应,使疲劳损伤分析和疲劳寿命预测复杂化。疲劳损伤分析常用的Palmgren-Miner线性累积损伤模型无法描述多级加载下损伤的非线性行为,基于非线性累积损伤准则的Manson-Halford模型因未考虑载荷相互作用效应而造成了多级加载疲劳寿命预测的不准确性。为解决传统的Manson-Halford非线性累积损伤模型损伤分析的不准确性,通过将生态学中有机物的分解类比于材料在多级加载下力学性能的退化的方式,提出改进的Manson-Halford非线性累积损伤模型,并对其合理性和准确性进行验证。以某动力车转向架构架为研究对象,根据UIC615-4标准施加多级载荷,应用等效结构应力和确定概率的主S-N曲线计算构架损伤值,并基于Palmgren-Miner线性累积损伤模型、传统的Manson-Halford非线性累积损伤模型和改进的Manson-Halford非线性累积损伤模型对比分析构架多级载荷下的累积损伤。研究结果表明:3种模型分析所得构架的累积损伤值均小于1,构架疲劳强度满足要求。改进的Manson-Halford非线性累积损伤模型提高了多级加载疲劳损伤分析和疲劳寿命预测的准确性,并且相比于Palmgren-Miner线性累积损伤模型的损伤分析更加保守,相比于传统的Manson-Halford非线性累积损伤模型没有损失较多的设计安全裕量,因此能够应用于多级加载下结构的疲劳损伤分析。研究结果为进一步提高高速动车组转向架构架等关键结构的疲劳损伤分析与服役寿命预测的合理性和准确性提供参考。 展开更多
关键词 转向架构架 疲劳损伤 变幅载荷 改进Manson-Halford模型 等效结构应力
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动态载荷下薄板加强筋结构拓扑优化设计
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作者 温志超 孙直 +1 位作者 胡程涛 石姗姗 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期125-133,143,共10页
加强筋板壳结构在工程中有着广泛的应用,加强筋合理的布局可以有效提升加强筋板壳结构的刚度和承载能力。为了实现薄板结构最优的加强筋布局优化设计,提出了一种适用于多相材料的薄板加强筋结构的动态拓扑优化新方法。首先,基于等效刚... 加强筋板壳结构在工程中有着广泛的应用,加强筋合理的布局可以有效提升加强筋板壳结构的刚度和承载能力。为了实现薄板结构最优的加强筋布局优化设计,提出了一种适用于多相材料的薄板加强筋结构的动态拓扑优化新方法。首先,基于等效刚度理论,将加强筋与基板分别设置为强、弱材料,以不同的抗弯刚度表征加强筋与基板;其次,采用HHT-α(Hilber-Hughes-Taylor-α)方法求解动力学有限元模型,并结合先离散后微分的伴随变量方法进行动态灵敏度分析;然后,通过角点简支方板的加强筋分布拓扑优化算例与传统方法对比,验证了薄板加强筋结构动态拓扑优化方法的有效性;最后,针对不同边界条件和载荷工况下的薄板结构,进行了单相和双相材料下加强筋动态拓扑优化设计。结果表明:提出的动态载荷下薄板加强筋结构拓扑优化方法在复杂动态工况下表现出良好的适应性和稳定性,引入双相材料后,通过合理的材料分布和细化的结构设计,成功克服了单相材料在连续性分布上的不足。优化后的加强筋结构连续,传力路径完整,显著优于传统方法。 展开更多
关键词 多相材料 拓扑优化 薄板加强筋设计 HHT-α法 伴随变量方法
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Y型蜂窝等效模型及蜂窝夹芯结构车体的仿真分析
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作者 石姗姗 马嘉欣 +2 位作者 陈秉智 汉红彪 王国鑫 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3743-3754,共12页
复合材料夹芯结构在轨道车辆车体轻量化中应用广泛,但在大型夹芯结构车体仿真计算时,存在结构层次复杂且分析经验较为缺乏等问题。本文提出考虑蜂窝双壁影响的Y型蜂窝等效模型,然后基于Y型蜂窝等效构建碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳... 复合材料夹芯结构在轨道车辆车体轻量化中应用广泛,但在大型夹芯结构车体仿真计算时,存在结构层次复杂且分析经验较为缺乏等问题。本文提出考虑蜂窝双壁影响的Y型蜂窝等效模型,然后基于Y型蜂窝等效构建碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳纤维铝蜂窝夹芯板仿真分析模型,并将其分别与三点弯曲试验进行验证。根据传统列车车体的蒙皮骨架形式,构建碳纤维铝蜂窝车体和格栅增强碳纤维铝蜂窝车体,并运用BSEN12663:2010标准和《复合材料设计手册》中的设计标准分析其刚度、强度、应变等力学性能。研究结果表明:碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳纤维铝蜂窝夹芯板三点弯曲仿真结果与试验值误差分别为2.8%和0.1%,验证了Y型蜂窝等效模型具有较高的精度;碳纤维铝蜂窝车体的比刚度最低提升了49.4%,强度最高提升了64.5%;格栅增强碳纤维铝蜂窝车体的比刚度最低提升了67.6%,强度最高提升了66.2%。对于2种蜂窝夹芯结构车体的蒙皮来说,格栅增强碳纤维铝蜂窝车体应变最低下降了36.9%,失效因子最低下降了61.1%,相比碳纤维铝蜂窝车体有较充足的安全余量;相比原不锈钢车体,2种蜂窝夹芯结构车体具有较好的减重效果,碳纤维铝蜂窝车体减重33.4%,格栅增强碳纤维铝蜂窝车体减重13.1%。基于Y型蜂窝等效模型的碳纤维夹芯结构仿真分析,为先进复合材料轨道车辆车体结构轻量化设计提供了参考。 展开更多
关键词 复合材料夹芯结构 Y型蜂窝等效模型 三点弯曲 格栅增强蜂窝 车体结构仿真
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