车辆结构强度设计与分析
97页1、第八章 车辆结构强度设计与分析,结构的强度计算,一般包括三个主要问题:,1.结构承受的作用载荷的分析;2.确定由于作用载荷在车辆结构中产生的应 力和变形,必要时应校核结构的稳定性;3.确定结构在保证运输安全及耐久性的条件下,许用应力、刚度和疲劳评估方法。,轨道车辆结构强度分析的内涵:,(1)承受使用期间可能出现的各种载荷与变形,并具有良好的工作性能。 (2)在正常维修和保养条件下,具有足够的运用耐久性。 (3)在偶然事件(如脱轨、撞击等)发生时,能保持必需的整体结构稳定性。工作适用性、使用耐久性、事故安全性。,轨道车辆结构强度问题反映在以下几个方面:,(1)结构静力破坏。如零部件破坏,碰撞破坏。 (2)疲劳失效。耐久性差造成的。 (3)结构动态特性设计不良引起的共振。轻则导致动力性能恶化,重则引起结构因剧烈振动而遭损伤甚至毁坏。 (4)难以预测的意外事故引起的结构失效。四种分析类型:静强度(刚度)分析;疲劳强度分析;模态分析;耐撞击安全防护设计与分析。,第一节 作用在车辆上的载荷,1.一般情况应考虑的作用载荷(或力) (1)垂向静载荷 (2)垂向动载荷 (3)侧向力 (4)纵向冲击力及
2、由它所产生的惯性力 (5)制动力和制动产生的惯性力 (6)车辆通过曲线时所受的钢轨横向作用力 (7)修车时加于车辆上的载荷 (8)扭转载荷及斜对称载荷,2.因车辆用途和结构不同的各种载荷(或力),(1)罐体内压力 (2)散装粒状货物的静、动侧压力 (3)车辆在机械化装卸时所受的力3.作用载荷(或力)的主要作用方式 (1)垂向方式 (2)纵向方式 (3)侧向方式 (4)自相平衡的力组及斜对称载荷,第二节 作用在车体上的载荷,一、垂向静载荷 (一)车体自重 (二)车辆载重1.货车载重2.客车载重3.整备重量,二、垂向动载荷,三、侧向力,(一)风力2007年2月28日,据新华网来自乌鲁木齐 铁路局的最新消息,在今天凌晨发生的乌鲁木齐开往阿克苏的5807次旅客列车因大风脱轨事故中,已证实3名旅客死亡,2名旅客重伤,32名旅客轻伤,南疆线被迫中断行车。据乌鲁木齐铁路局介绍,今天凌晨2时05分,5807次旅客列车行至南疆线珍珠泉至红山渠间42公里300米处,因大风造成机后9至19位车辆脱轨。 报道说,据测风仪记录,列车脱轨地点瞬间风力达到13级。,(二)离心力,通过缓和曲线路段时,发生离心力,四、
3、扭转载荷,通过缓和曲线路段时,易发生扭转载荷,五、纵向力,六、散粒货物的动侧压力,七、罐体的内压力,包括液体蒸发气体的内压力、液力冲击时所产生的压力及所装液体自重引起的静压力。,高速列车客车车体载荷:,高速列车客车车体载荷:,二、作用在轨道车辆走行机构上的载荷,(一) 作用在转向架上的载荷,一、垂向静载荷 (一)作用在心盘上的垂向静载荷1.自上而下法2.自下而上法,(二)作用在转向架任一构件上的垂向静载荷,二、垂向动载荷,三、纵向力所引起的附加垂向载荷,四、侧向力引起的附加垂向载荷,1.车辆内外侧轴箱的附加垂向载荷(风力、离心力),2.侧架受力,3.构架受力,五、侧向力及轮轨间作用力所引起的水平载荷,(一)转向架在曲线上的三种位置,(二)转向架回转极点的位置,(三)中间位置时转向架的受力分析1.整个转向架的受力分析,2、轮对的受力分析,3、侧架的受力分析,4、构架的受力分析,六、垂向斜对称载荷,1、弹簧高度误差引起的垂向斜对称载荷,2、弹簧刚度误差引起的垂向斜对称载荷,3、垂向斜对称载荷的实际算法,七、制动时的载荷,第四节 车辆强度分析,一、车辆按有限元法计算时应考虑的主要问题 (一)
4、合理的确定计算模型 (二)正确选用或编制合适的结构分析软件 (三)计算结果的处理,二、计算实例,三、车辆上常用材料及许用应力,轨道车辆零部件强度设计,第1节 螺旋弹簧设计 第2节 轮对强度分析 第3节 构架强度设计 第4节 车体结构设计,第1节 悬挂元件设计-螺旋弹簧设计,(1)几何参数 (2)单卷弹簧设计公式 (3)双卷弹簧设计公式 (4)弹簧现代设计,D弹簧中径,即螺旋线圆柱直径 D2=D+d弹簧外径 D1=D-d弹簧内径 弹簧的螺旋角,即螺旋线的升角 t簧条间距,即螺旋线的节距 d簧条直径(mm) H0弹簧的自由高 n弹簧的有效圈数,即螺旋线的圈数 螺旋线的极角 C旋绕比,C=D/d,(1)几何参数,(2)单卷弹簧设计公式,(3)双卷弹簧设计公式,采用单级刚度双卷弹簧双卷弹簧代替单卷弹簧时,为不改变原弹簧的特性,必须满足以下条件:双卷弹簧的外卷和内卷的弹簧指数 、应力 和 挠度要分别等于单卷弹簧的相应值相等。即:,(4)弹簧现代设计,A、弹簧CAD设计 B、弹簧有限元分析 C、弹簧优化设计,A、弹簧CAD设计,1、 三段直线,2、 三段等螺距螺旋线,3、一段变螺距螺旋线,B、弹簧
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