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1绪论1

1.1 载荷谱基本概念1

1.2 载荷谱研究现状2

1.2.1 载荷数据获取3

1.2.2 数据处理和载荷谱编制3

1.2.3 疲劳设计和试验研究4

1.2.4 载荷谱工程应用4

1.3 铁路货车载荷谱研究发展4

1.3.1 货车载荷谱5

1.3.2 疲劳设计与试验评估5

1.3.3 室内线路模拟疲劳试验6

1.3.4 虚拟样机疲劳模拟技术6

2铁路货车典型承载结构的载荷特性8

2.1 概述8

2.1.1 货车载荷分类10

2.1.2 货车基本载荷10

2.2 货车的基本振型及自由度11

2.2.1 货车的基本振型11

2.2.2 货车的广义坐标及自由度11

2.3 货车基本载荷及组合12

2.3.1 轮对载荷及组合12

2.3.2 侧架载荷及组合12

2.3.3 摇枕载荷及组合13

2.3.4 构架载荷及组合13

2.3.5 车体载荷及组合13

2.3.6 车钩载荷及组合14

2.4 车辆设备及结构附件连接点的作用载荷及组合14

2.4.1 转向架上设备的连接14

2.4.2 车体上设备的连接15

2.5 轮对载荷特性15

2.5.1 轮对上的作用力15

2.5.2 轮对作用力的特征16

2.6 侧架载荷特性18

2.6.1 侧架上的作用力18

2.6.2 侧架作用力的特征18

2.7 摇枕载荷特性19

2.7.1 摇枕上的作用力19

2.7.2 摇枕作用力的特征19

2.8 交叉拉杆、弹簧托板、副构架等部件载荷特性20

2.8.1 侧架交叉拉杆受力分析20

2.8.2 侧架摆动式转向架弹簧托板受力分析21

2.8.3 副构架式转向架副构架装置受力分析22

2.9 车钩缓冲器载荷特性22

2.9.1 车钩上的作用力22

2.9.2 车钩作用力的特征23

2.10 车体载荷特性23

2.10.1 车体上的作用力23

2.10.2 车体作用力的特征24

2.11 构架式转向架载荷特性25

2.11.1 构架上的作用力25

2.11.2 构架作用力的特征26

2.11.3 轴箱载荷及其特征26

3铁路货车载荷谱测试原理及方法28

3.1 概述28

3.2 轮对载荷测试28

3.3 侧架载荷测试30

3.4 摇枕载荷测试31

3.5 钩缓载荷测试33

3.6 车体载荷测试34

4载荷数据处理及载荷谱编制36

4.1 概述36

4.2 载荷谱数据处理流程36

4.2.1 数据格式转换37

4.2.2 零点漂移处理37

4.2.3 数字滤波处理38

4.2.4 载荷时间历程峰谷值38

4.2.5 无效幅值处理技术38

4.2.6 载荷循环计数处理40

4.2.7 编谱方法40

4.3 计数法41

4.3.1 穿级计数法原理41

4.3.2 穿级计数实现41

4.3.3 雨流计数法原理42

4.3.4 雨流计数法算法45

4.4 载荷谱编制的基本原则47

4.4.1 随机载荷的统计分布47

4.4.2 统计推断理论48

4.4.3 各工况合成后的载荷分布50

4.4.4 最大载荷的推断52

4.4.5 分级程序载荷谱53

4.4.6 小载荷的取舍53

4.4.7 疲劳试验载荷谱53

5典型部件载荷谱55

5.1 概述55

5.2 轮对载荷谱55

5.2.1 轮对载荷分布示例56

5.2.2 轮对载荷统计值示例59

5.3 侧架载荷谱62

5.3.1 试验车辆、线路及编组62

5.3.2 承载鞍传递载荷62

5.3.3 典型工况下的载荷时间历程63

5.3.4 典型工况下的频谱分析67

5.3.5 不同速度下的频谱分析68

5.3.6 幅值载荷谱70

5.3.7 空重车载荷谱71

5.3.8 偏载因素对载荷谱的影响72

5.4 摇枕载荷谱72

5.5 交叉支撑装置载荷谱75

5.5.1 关键部位动应力测试75

5.5.2 载荷谱编制76

5.5.3 线路运行中交叉杆两种载荷的损伤分析79

5.5.4 室内疲劳试验时疲劳薄弱部位的损伤80

5.5.5 疲劳试验加载条件研究80

5.6 弹簧托板载荷谱81

5.6.1 测点布片方案81

5.6.2 试验线路及速度82

5.6.3 动应力测试结果82

5.6.4 弹簧托板载荷谱86

5.7 副构架载荷谱87

5.7.1 副构架结构及载荷谱的研究87

5.7.2 副构架受力的基本特征88

5.7.3 副构架载荷谱测试89

5.8 制动梁载荷谱89

5.8.1 试验线路89

5.8.2 试验车辆90

5.8.3 试验工况90

5.8.4 测点布置91

5.8.5 数据采集与处理92

5.8.6 制动工况下制动缸压力测定93

5.8.7 制动梁动应力测试与载荷识别95

5.8.8 制动梁安全评估104

5.9 摇枕弹簧载荷谱108

5.9.1 弹簧室内标定试验108

5.9.2 弹簧静载计算110

5.9.3 转K2弹簧动应变测试111

5.9.4 信号处理与编制载荷谱111

5.9.5 载荷因子计算120

5.9.6 弹簧钢的P-S-N曲线120

5.9.7 弹簧疲劳强度影响系数的分析与计算121

5.9.8 弹簧的损伤模型122

5.9.9 弹簧疲劳寿命计算模型122

5.9.10 摇枕弹簧疲劳寿命计算结果122

5.9.11 弹簧疲劳试验恒幅载荷的确定123

6车体载荷谱125

6.1 试验概况125

6.2 侧滚和扭转载荷时间历程126

6.3 载荷谱子样分析127

6.4 统计载荷谱编制130

6.5 车钩载荷谱130

6.5.1 重载列车车钩力测试130

6.5.2 重载列车车钩力特性134

6.5.3 车钩力载荷谱148

7载荷谱在货车疲劳设计与试验中的应用153

7.1 概述153

7.2 货车疲劳设计153

7.2.1 疲劳设计方法153

7.2.2 疲劳设计流程154

7.2.3 载荷谱适用范围156

7.3 侧架的疲劳试验156

7.4 摇枕的疲劳试验158

7.5 摇枕弹簧的疲劳试验160

7.5.1 工作负荷下的挠度试验160

7.5.2 极限负荷下的永久变形试验161

7.5.3 疲劳试验161

7.6 弹簧托板的疲劳试验161

7.6.1 确定疲劳试验载荷的方法161

7.6.2 等效载荷处理结果163

7.6.3 疲劳试验载荷的最终处理结果163

7.7 交叉杆的疲劳试验164

7.8 车体的疲劳试验165

7.8.1 试验台组成及试验原理165

7.8.2 线路动态响应谱测试166

7.8.3 测试数据处理167

7.8.4 驱动文件编制168

7.8.5 疲劳试验及过程监测168

7.8.6 试验结果评估169

7.8.7 实例验证169

7.9 车钩及钩尾框疲劳试验172

7.10 制动梁疲劳试验174

7.10.1 试件安装174

7.10.2 载荷工况及载荷值174

7.10.3 加载波形及加载频率175

7.10.4 疲劳试验结果评定175

7.11 副构架的疲劳试验175

8载荷谱在铁路货车疲劳失效分析中的应用178

8.1 概述178

8.2 840D车轮辐板孔裂纹178

8.2.1 载荷工况178

8.2.2 应力计算结果179

8.2.3 辐板孔边疲劳裂纹萌生条件186

8.2.4 辐板孔疲劳裂纹扩展条件188

8.2.5 裂纹扩展条件及扩展速率189

8.2.6 小结190

8.3 弹簧托板止挡孔裂纹191

8.3.1 弹簧托板止挡孔结构及裂纹情况191

8.3.2 弹簧托板止挡孔裂纹成因191

8.3.3 弹簧托板止挡孔结构改进方案191

8.3.4 弹簧托板的有限元分析192

8.3.5 弹簧托板止挡孔试验验证197

8.4 钩尾框裂纹198

8.4.1 前言198

8.4.2 材料的基本疲劳性能试验199

8.4.3 钩尾框有限元分析202

8.4.4 疲劳寿命预测方法206

8.4.5 疲劳寿命预测结果209

8.4.6 小结213

8.5 C80型敞车上心盘座疲劳214

8.5.1 概况214

8.5.2 C80型敞车上心盘座疲劳失效计算分析214

8.5.3 结构改进215

8.6 C80B型敞车端柱连接板焊缝裂纹217

8.6.1 概况217

8.6.2 原因分析217

8.6.3 计算分析218

8.6.4 改进方案分析219

9铁路货车疲劳寿命预测仿真221

9.1 概述221

9.2 仿真工况设置222

9.3 动力学模型223

9.3.1 多体拓扑关系224

9.3.2 力元224

9.3.3 轮轨接触关系225

9.3.4 轨道激励226

9.4 弹簧托板载荷谱及疲劳寿命仿真实例227

9.4.1 摆动式转向架货车的多体模型227

9.4.2 线路状态228

9.4.3 轨道激励228

9.4.4 运行工况230

9.4.5 弹簧托板的有限元分析工况231

9.4.6 弹簧托板的有限元模型及应力分布231

9.4.7 弹簧托板的材料特性232

9.4.8 弹簧托板寿命分析结果232

结束语236