基于實測載荷譜的重載貨車車鉤疲勞可靠性研究.pdf

1、隨著重載貨車牽引噸位的增加和車輛周轉(zhuǎn)次數(shù)的增多，連掛車鉤間縱向動載荷出現(xiàn)的頻次和幅值大幅度增加，惡化了車鉤的服役條件，使得車鉤服役壽命降低，出現(xiàn)裂紋和斷裂的幾率增加，從而影響了重載貨車的運行安全;其次，車鉤壽命受載荷特性、鑄造缺陷、材料力學性能等不確定因素的影響呈現(xiàn)隨機性，若采用確定性方法進行分析，其結(jié)果與實際情況不符。此外，目前中國還沒有適于重載運行條件下車鉤疲勞試驗的行業(yè)標準，缺少相關(guān)依據(jù)評定車鉤的抗疲勞能力。為此，結(jié)合中國重載貨車

2、車鉤實際運用條件和制造水平，開展車鉤疲勞可靠性方面的相關(guān)研究，有助于科學預估車鉤服役壽命、合理制定檢修周期、實現(xiàn)全壽命周期成本的控制，同時有助于為中國重載貨車車鉤在新運營條件下安全標準評定體系的制定提供參考。
　　動載荷是導致車鉤各部件疲勞失效、服役壽命降低的直接原因，其直接影響到車鉤的疲勞可靠性，為此，根據(jù)中國運煤專線實測的車鉤載荷-時間歷程進行了車鉤載荷特性分析并編制了車鉤載荷譜。在此基礎(chǔ)上開展了重載貨車車鉤的疲勞可靠性研究，

3、并編制了車鉤疲勞試驗載荷譜。論文主要研究內(nèi)容如下:
　　1、開展了重載貨車車鉤載荷特性分析并編制了車鉤載荷譜。根據(jù)車鉤緩沖裝置的結(jié)構(gòu)特點，通過制作高精度測力車鉤實線測試了1萬t和2萬t組合運煤列車的車鉤載荷-時間歷程，結(jié)合機車操縱記錄，分析了不同運行工況下的車鉤載荷特性。采用對數(shù)據(jù)分布形式不需要任何假定的核密度估計方法進行了車鉤載荷極值分析，得到1萬t和2萬t重載貨車車鉤的最大拉伸載荷和最大壓縮載荷。根據(jù)車鉤載荷特點，選用雨流計數(shù)

4、法并考慮平均載荷的影響研究了車鉤載荷譜編制方法，依據(jù)Miner線性累積損傷理論建立了車鉤載荷譜分組模型，確定了適于車鉤載荷譜的分組數(shù)，編制了1萬km譜長下的車鉤拉伸載荷譜和壓縮載荷譜，在此基礎(chǔ)上開展了不同運行工況、不同車位處和不同牽引噸位下車鉤載荷譜的對比分析。
　　2、根據(jù)車鉤疲勞試驗結(jié)果，基于截尾樣本進行車鉤疲勞強度可靠性分析。為準確預估車鉤疲勞薄弱區(qū)（鉤體的牽引突緣、鉤舌的牽引突緣和牽引面）的疲勞壽命，采用2萬t重載貨車車鉤

5、試驗載荷譜進行車鉤疲勞試驗，將疲勞薄弱區(qū)己出現(xiàn)裂紋和未出現(xiàn)裂紋的結(jié)果共同作為車鉤疲勞壽命的統(tǒng)計樣本，基于截尾樣本分析方法進行鉤體和鉤舌疲勞壽命的最大似然估計。通過建立鉤體和鉤舌的有限元模型，采用準靜態(tài)法確定了車鉤疲勞薄弱區(qū)的載荷-應力關(guān)系，根據(jù)Miner線性累積損傷理論，得到了1萬t和2萬t重載貨車車鉤疲勞薄弱區(qū)的等效應力與車鉤服役里程的關(guān)系，從而確定了車鉤疲勞薄弱區(qū)的疲勞強度和P-S-N曲線。采用缺陷系數(shù)對E級鋼的γ-P-S-N曲線進

6、行修正，得到車鉤疲勞設計時不同可靠度對應的缺陷系數(shù)。
　　3、采用基于拉丁超立方抽樣的蒙特卡洛方法進行了車鉤疲勞壽命可靠性和可靠性靈敏度分析?；贛iner線性累計損傷理論，建立了車鉤疲勞壽命可靠性模型，確定了影響車鉤疲勞壽命的隨機變量參數(shù)。采用基于拉丁超立方抽樣的蒙特卡洛方法分別進行1萬t和2萬t重載貨車車鉤疲勞壽命可靠性分析，確定了不同服役里程下的車鉤疲勞壽命可靠度;開展了車鉤疲勞壽命可靠度對隨機變量參數(shù)均值和標準差的靈敏度分

7、析，確定了各參數(shù)對車鉤疲勞壽命可靠度的影響，以及各參數(shù)變化對車鉤疲勞壽命可靠度變化的影響程度，從而為車鉤疲勞壽命可靠性設計和確定提高車鉤服役壽命的措施提供參考依據(jù)。
　　4、建立適于車鉤的疲勞斷裂可靠性模型進行車鉤疲勞斷裂可靠性分析。建立含三維裂紋的車鉤子模型，采用相互積分法分析了不同部位裂紋前緣的3種類型的應力強度因子，確定了不同疲勞薄弱區(qū)裂紋的擴展形式和受載情況。在此基礎(chǔ)上，建立車鉤的疲勞斷裂可靠性模型，分別進行了不同服役里程

8、下1萬t和2萬t重載貨車車鉤疲勞斷裂可靠度分析;開展了車鉤疲勞斷裂可靠性靈敏度分析，確定了各參數(shù)和各參數(shù)變化對車鉤疲勞斷裂可靠度的影響。
　　5、編制1萬t重載貨車車鉤疲勞試驗載荷譜。由于機車操縱對車鉤載荷分散性的影響較大，將雨流計數(shù)法和非參數(shù)統(tǒng)計方法相結(jié)合，采用按分位點法外推得到不同分位點對應的車鉤載荷譜放大系數(shù)。為提高試驗效率，將車鉤載荷-時間歷程分解為趨勢載荷循環(huán)和小幅值載荷循環(huán)，根據(jù)疲勞損傷等效原則，將小幅值載荷循環(huán)造成的