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1、武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文基于有限元帶扣環(huán)輪對(duì)機(jī)械特性研究及應(yīng)用姓名：文漢云申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論指導(dǎo)教師：莫易敏20071101武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要鐵路運(yùn)輸中帶扣環(huán)輪對(duì)由于其結(jié)構(gòu)的改變可能在靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、動(dòng)力學(xué)性能、最小許用邊界等諸多方面發(fā)生變化從而威脅到列車的安全運(yùn)行。本文以帶扣環(huán)的輪對(duì)為對(duì)象進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，主要研究結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)為：(1)首次采用直接帶扣環(huán)計(jì)算的方法，對(duì)本文中的各項(xiàng)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了模擬、計(jì)算與分析。(2)提出了采用極限過(guò)盈量計(jì)算的方法，對(duì)本文中的各項(xiàng)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了模擬、計(jì)算與分析。(3)對(duì)軌道車輛輪對(duì)裝配應(yīng)力研究結(jié)果表
2、明，帶扣環(huán)輪對(duì)在最大過(guò)盈量下的最大應(yīng)力值為271．7MPa，扣環(huán)上的最大應(yīng)力值為271．7MPa，這些應(yīng)力值遠(yuǎn)小于其屈服極限420MPa，不會(huì)對(duì)輪對(duì)的強(qiáng)度構(gòu)成威脅?？郗h(huán)本身的應(yīng)力值達(dá)到最大，說(shuō)明扣環(huán)受到嚴(yán)重?cái)D壓，可見裝配過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力不容忽視，應(yīng)盡量減小這種應(yīng)力。。(4)對(duì)帶扣環(huán)輪對(duì)的熱分析結(jié)果表明，在最小過(guò)盈量下，輪箍表面溫度高達(dá)145．10℃，已超過(guò)輪箍弛緩臨界值140"C，說(shuō)明輪箍已接近弛緩，這是要盡量避免的。但車輪一般不會(huì)在最小過(guò)盈量下運(yùn)行，所以緊急制動(dòng)工況下輪箍仍不會(huì)弛緩。最高溫度載荷以及最大過(guò)盈量下的熱應(yīng)力為236．1M：Pa，比單獨(dú)過(guò)盈裝配時(shí)還小，
3、說(shuō)明熱載荷使輪箍產(chǎn)生熱膨脹，抵消了一部分過(guò)盈量，這種情況雖然不會(huì)對(duì)輪對(duì)強(qiáng)度構(gòu)成威脅，但比較危險(xiǎn)，應(yīng)盡量避免。(5)首次對(duì)帶扣環(huán)輪對(duì)進(jìn)行了多場(chǎng)聯(lián)合作用下的力學(xué)性能分析，并對(duì)輪對(duì)的靜強(qiáng)度口和疲勞安全系數(shù)釓d進(jìn)行了評(píng)定。對(duì)靜強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果表明，輪對(duì)上的最大平均應(yīng)力為267MPa，遠(yuǎn)低于屈服極限420MPa；對(duì)疲勞強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果表明，輪對(duì)的疲勞安全系數(shù)o"ld=20．65，由此可知輪對(duì)的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均滿足運(yùn)行需要。(6)對(duì)加裝扣環(huán)前后輪對(duì)進(jìn)行模態(tài)分析的結(jié)果表明，二者前10階固有頻率最大相差12．7Hz，且它們的前l(fā)O階振幅幾乎相等，振型基本一致。由于前10階振型基本反映了車輪
4、在運(yùn)行過(guò)程中可能存在的振動(dòng)情況，可知加裝扣環(huán)后不會(huì)對(duì)車輪的動(dòng)力學(xué)性能造成影響。而在軌縫沖擊載荷作用下，扣環(huán)的存在雖對(duì)車輪動(dòng)力學(xué)性能影響較大，但仍沒(méi)引起質(zhì)的變化。(7)使用逐次減小輪箍厚度的方法和優(yōu)化兩種方法，分別求得了輪箍最小理論許用邊界為25mm和26．03mm，最終取26mm作為輪箍最小理論許用邊界。證明了輪對(duì)加裝扣環(huán)后鐵道部規(guī)定的38mm許用邊界仍滿足運(yùn)行要求。武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文(8)首次采用虛擬工程的方法對(duì)帶扣環(huán)輪對(duì)進(jìn)行了疲勞壽命仿真。結(jié)果表明其疲勞壽命可達(dá)到5．05年。而且根據(jù)疲勞壽命仿真結(jié)果云圖，可知輪對(duì)疲勞壽命的薄弱位置在輪箍的滾動(dòng)圓處。(9)選取
5、帶扣環(huán)輪對(duì)作為試驗(yàn)對(duì)象，使用無(wú)線傳輸應(yīng)力測(cè)試儀和相應(yīng)的虛擬儀器采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將所得數(shù)據(jù)與有限元計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)對(duì)輪對(duì)靜態(tài)情況下裝配應(yīng)力的測(cè)試分析，本論文計(jì)算的結(jié)果與測(cè)試結(jié)果的相對(duì)誤差約為8％，說(shuō)明本論文研究成果是可信的。關(guān)鍵詞：輪對(duì)，扣環(huán)，機(jī)械特性有限元分析，多場(chǎng)聯(lián)合分析，虛擬疲勞壽命Ⅱ武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文ABSTRACT啊1esnapringofwheelsetinfluencesthewheelset’Sbehaviorinmanyaspects，suchaSthesmileintensity,thefatiguestrength,thedynam
6、icsperformanceandtheminimumallowablestress．Thismaybeathreattothetrain’soperationsafety．Thisessayaimstothetheoryandexperimentalresearchofthetrainwheelwhichinstallsthesnaprings．Themainconclusionsandthecreativepointsare豁following：(1)Takesamethodofcalculating謝tllasnapringsdirectlytoearlyoni
7、mitation,calculationandanalysistothevariousresearchcontentsinthisessay．(2)PutforwardamethodofcalculationwiththeadoptionexlxemelimittocarryOilimitation,calculationandanalysistothevariousresearchcontentsinthisessay．(3)Theconclusionfromtheresearelaontheassemblestressofthewheelsoft
