攀鋼集團(tuán)TX-C-Ⅰ型卷鋼座架疲勞壽命研究.pdf

1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)內(nèi)制造業(yè)的升級(jí)換代，基礎(chǔ)工業(yè)產(chǎn)品卷鋼的需求量也越來(lái)越大。由于卷鋼運(yùn)輸具有距離長(zhǎng)、重量大、運(yùn)輸始發(fā)地處于內(nèi)陸等特點(diǎn)，使得鐵路成為了卷鋼運(yùn)輸最為經(jīng)濟(jì)快速的途徑。裝載加固的安全可靠是卷鋼運(yùn)輸快捷高效的根本保證。近年來(lái)，對(duì)于安全、快速、環(huán)保的要求，使得可重復(fù)使用、安放簡(jiǎn)單、裝卸快速、安全程度較高的卷鋼座架的使用越來(lái)越廣泛。
　　現(xiàn)行的卷鋼座架強(qiáng)度檢測(cè)中，均采用最大應(yīng)力值法判定其安全性。在沖擊試驗(yàn)中測(cè)試獲取各測(cè)點(diǎn)的最大

2、應(yīng)力值，比較實(shí)測(cè)應(yīng)力與材料許用應(yīng)力，可以判定座架整體的安全性。
　　但實(shí)際上，金屬材料的破壞除了瞬時(shí)應(yīng)力破壞，還存在著另外一種破壞失效形式——疲勞破壞。在卷鋼座架的使用過(guò)程中，座架上各測(cè)點(diǎn)達(dá)到最大瞬時(shí)應(yīng)力值的沖擊工況為較少數(shù)短暫狀態(tài)。在大部分使用時(shí)間中，卷鋼座架處于運(yùn)行工況，軌道不平順造成的車(chē)輛振動(dòng)使得座架載荷不斷變化，在交變載荷的作用下，卷鋼座架上各處不斷變化的應(yīng)力使得材料產(chǎn)生疲勞破壞，決定了卷鋼座架的使用壽命。研究卷鋼座架的疲

3、勞壽命極限具有重要的意義。
　　本文采用攀鋼集團(tuán)生產(chǎn)的TX-C-I型卷鋼座架為研究對(duì)象，按照以下思路和內(nèi)容研究卷鋼座架的疲勞壽命極限，為評(píng)定卷鋼座架的安全性和確定其使用年限提供科學(xué)依據(jù)。
　　(1)載荷時(shí)間序列獲取
　　使用SIMPACK多體動(dòng)力學(xué)軟件，建立使用卷鋼座架進(jìn)行卷鋼運(yùn)輸?shù)恼?chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)卷鋼座架的實(shí)際運(yùn)輸徑路，設(shè)置仿真計(jì)算條件，模擬整車(chē)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，計(jì)算獲取卷鋼座架所受載荷時(shí)間序列。
　　(

4、2)卷鋼座架強(qiáng)度分布計(jì)算
　　使用SolidWorks三維建模軟件、Hypermesh有限元前處理軟件和ANSYS有限元計(jì)算軟件，進(jìn)行聯(lián)合仿真計(jì)算，獲取卷鋼座架分別在橫向、縱向和垂向基準(zhǔn)載荷下的卷鋼座架各處應(yīng)力值。通過(guò)試驗(yàn)，測(cè)試實(shí)際情況下卷鋼座架的應(yīng)力情況，各測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)力的實(shí)測(cè)值與計(jì)算值相近，證明了有限元強(qiáng)度計(jì)算的準(zhǔn)確性。
　　(3)疲勞評(píng)價(jià)點(diǎn)損傷分析及卷鋼座架壽命預(yù)測(cè)
　　根據(jù)獲取的載荷時(shí)間序列，計(jì)算確定卷鋼座架上各

5、疲勞壽命評(píng)價(jià)點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)間序列，使用雨流計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)各評(píng)價(jià)點(diǎn)應(yīng)力譜，根據(jù)英國(guó)BS7608:1993《FatigueDesign and Assessment of Steel Structures》鋼材結(jié)構(gòu)疲勞損傷評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算各測(cè)點(diǎn)在試驗(yàn)里程內(nèi)的疲勞損傷。
　　根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的疲勞損傷情況進(jìn)行計(jì)算，預(yù)測(cè)卷鋼座架整體的疲勞壽命，驗(yàn)證了通過(guò)SIMPACK軟件獲取座架載荷譜進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)的可行性。在今后其他型號(hào)卷鋼座架檢測(cè)中，可引入疲勞壽命

6、預(yù)測(cè)方法，針對(duì)座架的主要使用線(xiàn)路情況，預(yù)測(cè)其疲勞壽命。為確定卷鋼座架安全、經(jīng)濟(jì)使用壽命提供科學(xué)依據(jù)。
　　(4)卷鋼座架結(jié)構(gòu)優(yōu)化
　　針對(duì)卷鋼座架設(shè)計(jì)中，疲勞壽命較短的薄弱處，比較了幾種常用的延長(zhǎng)疲勞使用壽命的方法，并分析了其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，選取最為經(jīng)濟(jì)的方法對(duì)卷鋼座架進(jìn)行改進(jìn)、補(bǔ)強(qiáng)，計(jì)算表明其可以顯著地延長(zhǎng)座架的疲勞壽命。
　　本文運(yùn)用相關(guān)理論，針對(duì)卷鋼座架的使用中兩種主要破壞形式之一的疲勞破壞提出了使用多體動(dòng)力學(xué)方法