無(wú)中梁罐車(chē)液體晃動(dòng)載荷下受力分析.pdf

1、西安車(chē)輛廠自從1997年開(kāi)始批量生產(chǎn)G70一來(lái)，不時(shí)有罐體枕梁腹板立焊縫裂紋的報(bào)告。鐵道部組織了21t軸重貨物列車(chē)進(jìn)行120km/h的環(huán)形線可靠性及綜合性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)中梁罐車(chē)存在枕梁腹板與牽引梁立焊縫裂紋及枕梁腹板與枕梁上蓋板之間的裂紋。經(jīng)西安廠對(duì)裂紋的發(fā)展情況進(jìn)行分析，初步斷定為焊縫的疲勞裂紋。從頻率和原始波形來(lái)看，橫向是一種耦合振動(dòng)，車(chē)輛1位、2位的振動(dòng)頻率及相位基本一致，說(shuō)明該車(chē)的主要振型是橫向擺動(dòng)，同時(shí)，一定存在某種振

2、動(dòng)頻率與罐體接近的振型與罐體耦合在一起。隨著鐵路貨車(chē)朝著重載方向的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)此類(lèi)罐車(chē)作進(jìn)一步的受力分析已顯得非常迫切。本文著重從受力的角度來(lái)探討裂紋形成的外在因素，期望從根本上解決此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。 在以往的設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，常常以靜力計(jì)算的形式來(lái)求證車(chē)輛的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對(duì)動(dòng)態(tài)載荷的考慮，也是選擇適當(dāng)?shù)膭?dòng)荷系數(shù)，按靜力疊加的方式進(jìn)行計(jì)算。雖然結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算和靜強(qiáng)度試驗(yàn)均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際運(yùn)用中還出現(xiàn)裂紋。根據(jù)疲勞裂紋產(chǎn)生的機(jī)理，

3、其外部條件主要為交變載荷。而罐車(chē)交變載荷產(chǎn)生的主要原因是液體晃動(dòng)。因此，在罐車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除保留傳統(tǒng)的載荷外，增加罐體內(nèi)液體晃動(dòng)引起的載荷是符合實(shí)際情況的。 本文根據(jù)流體力學(xué)的基本原理，應(yīng)用液體橫向晃動(dòng)數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出標(biāo)記載重的G70K液體橫向晃動(dòng)的固有頻率為5.1805、8.8006、11.9639，最小頻率與環(huán)線試驗(yàn)報(bào)告中橫向振動(dòng)頻率3.75(G79K6283954)及4.0～4.9(G70H6450103)比較接近，這說(shuō)明

4、液固耦合振動(dòng)是存在的；液體晃動(dòng)載荷的大小、方向隨時(shí)間而變化。結(jié)合G70K的罐體模型，將液體橫向晃動(dòng)的壓力函數(shù)加載在模型上，經(jīng)過(guò)Ansys有限元計(jì)算，與未加載液體晃動(dòng)載荷時(shí)的受力分析進(jìn)行比較，得出一個(gè)結(jié)論：在正常運(yùn)行狀態(tài)下，液體晃動(dòng)載荷對(duì)罐體及枕梁腹板的受力有較大的影響，可以認(rèn)為液體晃動(dòng)載荷是造成枕梁腹板裂紋的主要原因之一。 根據(jù)分析，論文對(duì)枕梁腹板的結(jié)構(gòu)提出以下改進(jìn)措施：一、提高枕梁腹板自身的強(qiáng)度；二、通過(guò)改變枕梁側(cè)蓋板的形狀來(lái)