攀鋼集團TX-C-Ⅰ型卷鋼座架疲勞壽命研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和國內(nèi)制造業(yè)的升級換代，基礎工業(yè)產(chǎn)品卷鋼的需求量也越來越大。由于卷鋼運輸具有距離長、重量大、運輸始發(fā)地處于內(nèi)陸等特點，使得鐵路成為了卷鋼運輸最為經(jīng)濟快速的途徑。裝載加固的安全可靠是卷鋼運輸快捷高效的根本保證。近年來，對于安全、快速、環(huán)保的要求，使得可重復使用、安放簡單、裝卸快速、安全程度較高的卷鋼座架的使用越來越廣泛。
　　現(xiàn)行的卷鋼座架強度檢測中，均采用最大應力值法判定其安全性。在沖擊試驗中測試獲取各測點的最大

2、應力值，比較實測應力與材料許用應力，可以判定座架整體的安全性。
　　但實際上，金屬材料的破壞除了瞬時應力破壞，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程中，座架上各測點達到最大瞬時應力值的沖擊工況為較少數(shù)短暫狀態(tài)。在大部分使用時間中，卷鋼座架處于運行工況，軌道不平順造成的車輛振動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。
　　本文采用攀鋼集團生產(chǎn)的TX-C-I型卷鋼座架為研究對象，按照以下思路和內(nèi)容研究卷鋼座架的疲勞壽命極限，為評定卷鋼座架的安全性和確定其使用年限提供科學依據(jù)。
　　(1)載荷時間序列獲取
　　使用SIMPACK多體動力學軟件，建立使用卷鋼座架進行卷鋼運輸?shù)恼囅到y(tǒng)動力學模型，根據(jù)卷鋼座架的實際運輸徑路，設置仿真計算條件，模擬整車系統(tǒng)的運行狀況，計算獲取卷鋼座架所受載荷時間序列。
　　(

4、2)卷鋼座架強度分布計算
　　使用SolidWorks三維建模軟件、Hypermesh有限元前處理軟件和ANSYS有限元計算軟件，進行聯(lián)合仿真計算，獲取卷鋼座架分別在橫向、縱向和垂向基準載荷下的卷鋼座架各處應力值。通過試驗，測試實際情況下卷鋼座架的應力情況，各測點位置應力的實測值與計算值相近，證明了有限元強度計算的準確性。
　　(3)疲勞評價點損傷分析及卷鋼座架壽命預測
　　根據(jù)獲取的載荷時間序列，計算確定卷鋼座架上各

5、疲勞壽命評價點的應力時間序列，使用雨流計數(shù)法統(tǒng)計各評價點應力譜，根據(jù)英國BS7608:1993《FatigueDesign and Assessment of Steel Structures》鋼材結(jié)構(gòu)疲勞損傷評定標準，計算各測點在試驗里程內(nèi)的疲勞損傷。
　　根據(jù)各測點的疲勞損傷情況進行計算，預測卷鋼座架整體的疲勞壽命，驗證了通過SIMPACK軟件獲取座架載荷譜進行疲勞壽命預測的可行性。在今后其他型號卷鋼座架檢測中，可引入疲勞壽命

6、預測方法，針對座架的主要使用線路情況，預測其疲勞壽命。為確定卷鋼座架安全、經(jīng)濟使用壽命提供科學依據(jù)。
　　(4)卷鋼座架結(jié)構(gòu)優(yōu)化
　　針對卷鋼座架設計中，疲勞壽命較短的薄弱處，比較了幾種常用的延長疲勞使用壽命的方法，并分析了其各自的優(yōu)缺點，選取最為經(jīng)濟的方法對卷鋼座架進行改進、補強，計算表明其可以顯著地延長座架的疲勞壽命。
　　本文運用相關理論，針對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力學方法