城市轨道车辆空气弹簧系统使用寿命及可靠性评价方法

【摘要】空气弹簧系统是轨道车辆振动控制的关键部件，其性能好坏对保障车辆运行安全稳定性和旅客乘坐舒适性具有十分重要的作用。目前，由于空气弹簧系统具有结构复杂、流固耦合等特点，城市轨道车辆维修行业普遍缺乏对空气弹簧剩余使用寿命进行有效分析的设备和方法，出于行车安全的考虑，绝大多数空气弹簧在未达到设计使用寿命年限之前就强制报废，造成了巨大的经济损失。因此，本课题提出一种基于虚拟疲劳试验的空气弹簧系统寿命评估方法，并以此来研究导致空气弹簧系统发生损伤的内部机理。虚拟疲劳试验相对真实试验具有试验周期短，试验成本较低等优点。目前，国内外与轨道车辆有关的虚拟疲劳研究主要集中在转向架构架、轮对和车体等金属部件及结构的疲劳寿命预测等方面。针对橡胶零部件的动应力和疲劳特性的研究仍处于起步阶段，目前仅对橡胶堆旁承、橡胶球铰和轴箱橡胶弹簧等结构简单、外形相对规则的橡胶零部件有所研究。本文通过研究，提出了一种针对列车实际运行工况，基于多体动力学、非线性有限元分析和虚拟疲劳寿命联合仿真的空气弹簧使用寿命及可靠性评价方法。此方法基于车辆实际运行工况，首先采用多体动力学仿真获取空气弹簧载荷-时间历程曲线；然后采用非线性有限元分析获取空气弹簧结构应力、应变结果；最后，通过疲劳寿命仿真分析方法估算出装车在线运行状态下的空气弹簧的使用可靠性。本研究的成果可为城市轨道车辆检修企业确定空气弹簧在“检测空窗期”内使用寿命及可靠性提供重要的指导作用，弥补了现有技术空白。且该成果对于城市轨道车辆、普通铁路车辆及高速动车组车辆空气弹簧设计企业的产品优化设计均具有一定的借鉴意义。
【作者】张国富；
【导师】方宇；
【作者基本信息】上海工程技术大学，车辆工程，2013，硕士
【关键词】城市轨道车辆；空气弹簧；虚拟疲劳寿命；寿命评估；有限元分析；多物理场耦合；

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