基于實(shí)測(cè)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(dòng)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(yùn)行安全;其次，車鉤壽命受載荷特性、鑄造缺陷、材料力學(xué)性能等不確定因素的影響呈現(xiàn)隨機(jī)性，若采用確定性方法進(jìn)行分析，其結(jié)果與實(shí)際情況不符。此外，目前中國(guó)還沒(méi)有適于重載運(yùn)行條件下車鉤疲勞試驗(yàn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，缺少相關(guān)依據(jù)評(píng)定車鉤的抗疲勞能力。為此，結(jié)合中國(guó)重載貨車

2、車鉤實(shí)際運(yùn)用條件和制造水平，開(kāi)展車鉤疲勞可靠性方面的相關(guān)研究，有助于科學(xué)預(yù)估車鉤服役壽命、合理制定檢修周期、實(shí)現(xiàn)全壽命周期成本的控制，同時(shí)有助于為中國(guó)重載貨車車鉤在新運(yùn)營(yíng)條件下安全標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定體系的制定提供參考。
　　動(dòng)載荷是導(dǎo)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(guó)運(yùn)煤專線實(shí)測(cè)的車鉤載荷-時(shí)間歷程進(jìn)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(kāi)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(yàn)載荷譜。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、開(kāi)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(diǎn)，通過(guò)制作高精度測(cè)力車鉤實(shí)線測(cè)試了1萬(wàn)t和2萬(wàn)t組合運(yùn)煤列車的車鉤載荷-時(shí)間歷程，結(jié)合機(jī)車操縱記錄，分析了不同運(yùn)行工況下的車鉤載荷特性。采用對(duì)數(shù)據(jù)分布形式不需要任何假定的核密度估計(jì)方法進(jìn)行了車鉤載荷極值分析，得到1萬(wàn)t和2萬(wàn)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(diǎn)，選用雨流計(jì)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(wàn)km譜長(zhǎng)下的車鉤拉伸載荷譜和壓縮載荷譜，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了不同運(yùn)行工況、不同車位處和不同牽引噸位下車鉤載荷譜的對(duì)比分析。
　　2、根據(jù)車鉤疲勞試驗(yàn)結(jié)果，基于截尾樣本進(jìn)行車鉤疲勞強(qiáng)度可靠性分析。為準(zhǔn)確預(yù)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(wàn)t重載貨車車鉤

5、試驗(yàn)載荷譜進(jìn)行車鉤疲勞試驗(yàn)，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(jì)樣本，基于截尾樣本分析方法進(jìn)行鉤體和鉤舌疲勞壽命的最大似然估計(jì)。通過(guò)建立鉤體和鉤舌的有限元模型，采用準(zhǔn)靜態(tài)法確定了車鉤疲勞薄弱區(qū)的載荷-應(yīng)力關(guān)系，根據(jù)Miner線性累積損傷理論，得到了1萬(wàn)t和2萬(wàn)t重載貨車車鉤疲勞薄弱區(qū)的等效應(yīng)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(qiáng)度和P-S-N曲線。采用缺陷系數(shù)對(duì)E級(jí)鋼的γ-P-S-N曲線進(jìn)

6、行修正，得到車鉤疲勞設(shè)計(jì)時(shí)不同可靠度對(duì)應(yīng)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(jìn)行了車鉤疲勞壽命可靠性和可靠性靈敏度分析。基于Miner線性累計(jì)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(jī)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(jìn)行1萬(wàn)t和2萬(wàn)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(kāi)展了車鉤疲勞壽命可靠度對(duì)隨機(jī)變量參數(shù)均值和標(biāo)準(zhǔn)差的靈敏度分

7、析，確定了各參數(shù)對(duì)車鉤疲勞壽命可靠度的影響，以及各參數(shù)變化對(duì)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(shè)計(jì)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(jìn)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(yīng)力強(qiáng)度因子，確定了不同疲勞薄弱區(qū)裂紋的擴(kuò)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(jìn)行了不同服役里程

8、下1萬(wàn)t和2萬(wàn)t重載貨車車鉤疲勞斷裂可靠度分析;開(kāi)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(duì)車鉤疲勞斷裂可靠度的影響。
　　5、編制1萬(wàn)t重載貨車車鉤疲勞試驗(yàn)載荷譜。由于機(jī)車操縱對(duì)車鉤載荷分散性的影響較大，將雨流計(jì)數(shù)法和非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法相結(jié)合，采用按分位點(diǎn)法外推得到不同分位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車鉤載荷譜放大系數(shù)。為提高試驗(yàn)效率，將車鉤載荷-時(shí)間歷程分解為趨勢(shì)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