• ISSN 0258-2724
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基于验证模型的枕梁疲劳寿命预测虚拟实验

胡杰鑫 谢里阳 喻海洋 刘龙玺 尹伟 胡智勇

胡杰鑫, 谢里阳, 喻海洋, 刘龙玺, 尹伟, 胡智勇. 基于验证模型的枕梁疲劳寿命预测虚拟实验[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(1): 106-112. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20160536
引用本文: 胡杰鑫, 谢里阳, 喻海洋, 刘龙玺, 尹伟, 胡智勇. 基于验证模型的枕梁疲劳寿命预测虚拟实验[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(1): 106-112. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20160536
HU Jiexin, XIE Liyang, YU Haiyang, LIU Longxi, YIN Wei, HU Zhiyong. Virtual Experiments to Predict Bolster Fatigue Lifetime Based on FEM Model Validated by Static Tests[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(1): 106-112. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20160536
Citation: HU Jiexin, XIE Liyang, YU Haiyang, LIU Longxi, YIN Wei, HU Zhiyong. Virtual Experiments to Predict Bolster Fatigue Lifetime Based on FEM Model Validated by Static Tests[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(1): 106-112. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20160536

基于验证模型的枕梁疲劳寿命预测虚拟实验

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20160536
基金项目: 辽宁省重大装备制造协同创新中心(2011计划)资助项目
详细信息
    作者简介:

    胡杰鑫(1990—),男,博士研究生,研究方向为结构疲劳与系统可靠性,电话:13889828273,E-mail: neujasonhu@163.com

    通讯作者:

    谢里阳(1962—),男,教授,博士生导师,研究方向为机械装备疲劳强度与可靠性,E-mail: lyxie@me.neu.edu.cn

  • 中图分类号: U271.92;TB114.3

Virtual Experiments to Predict Bolster Fatigue Lifetime Based on FEM Model Validated by Static Tests

  • 摘要: 为了研究地铁车辆枕梁服役安全性问题,考虑到大量疲劳实验耗时长且成本高,利用虚拟实验方法对枕梁结构疲劳寿命进行评估,根据EN12663-1标准设计枕梁静力实验,获得枕梁表面特征点的应力值和位移值;然后对枕梁进行有限元建模并仿真,对比静力实验结果,调整后获得与枕梁实际结构相符的有限元模型;最后利用Monte Carlo方法,进行地铁车辆枕梁在恒幅载荷与变幅载荷作用下的虚拟疲劳实验. 研究结果表明:在标准规定的恒幅载荷作用下,该地铁车辆枕梁寿命大于1 000万次载荷循环的可靠度约为0.73;在变幅载荷作用下,寿命大于1 000万次载荷作用的可靠度约为0.81;因此,该地铁车辆枕梁完全满足设计与使用要求.

     

  • 图 1  枕梁承载位置

    Figure 1.  Load bearing locations on the bolster

    图 2  地铁车辆枕梁静力实验平台

    Figure 2.  Metro-train bolster static test platform

    图 3  应力测点

    Figure 3.  Stress measurement sites

    图 4  位移测点

    Figure 4.  Displacement measurement sites

    图 5  地铁车辆枕梁有限元模型网格

    Figure 5.  Grid of the metro train bolster FEM model

    图 6  有限元静力计算

    Figure 6.  Calculation results of FEM method

    图 7  实测应力与计算应力对比

    Figure 7.  Comparison of measured stresses and calculated stresses

    图 8  实测位移与计算位移对比

    Figure 8.  Comparison of measured displacements and calculated displacements

    图 9  角接焊缝P-S-N曲线

    Figure 9.  P-S-N curves of the fillet weld

    图 10  恒幅载荷谱

    Figure 10.  Constant amplitude load spectrum

    图 11  恒幅载荷虚拟实验流程

    Figure 11.  Processes of the virtual experiment under constant amplitude loads

    图 12  变幅载荷谱

    Figure 12.  Variable amplitude load spectrum

    图 13  变幅载荷虚拟实验流程

    Figure 13.  Processes of the virtual experiment under variable amplitude loads

    图 14  恒幅载荷下虚拟实验结果

    Figure 14.  Results of the virtual experiment under constant amplitude loads

    图 15  恒幅载荷下寿命概率密度曲线

    Figure 15.  Lifetime probability density curve under constant amplitude loads

    图 16  变幅载荷下虚拟实验结果

    Figure 16.  Results of the virtual experiment under variable amplitude loads

    图 17  变幅载荷下寿命概率密度曲线

    Figure 17.  Lifetime probability density curve under variable amplitude loads

    表  1  应力测点测量数据

    Table  1.   Results of the stress measurement sites

    测点 应力值 测点 应力值 测点 应力值
    1 3.381 7 – 0.552 13 0.759
    2 3.243 8 – 5.175 14 2.691
    3 – 0.897 9 – 4.209 15 2.208
    4 2.277 10 – 7.452 16 3.657
    5 2.208 11 4.761 17 0.759
    6 8.556 12 – 0.138 18 – 5.589
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    表  2  位移测点测量数据

    Table  2.   Results of the displacement measurement sites

    测点 位移值/mm
    1 1.752
    2 2.513
    3 1.832
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    表  3  应力计算结果

    Table  3.   Stress calculation results

    测点 应力值 测点 应力值 测点 应力值
    1 3.580 7 –1.300 13 1.004
    2 3.151 8 –5.590 14 2.924
    3 –0.971 9 –10.814 15 2.191
    4 2.536 10 –13.253 16 7.210
    5 2.240 11 4.7454 17 1.148
    6 8.220 12 0.184 18 –1.717
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    表  4  位移计算结果

    Table  4.   Displacement calculation results

    测点 位移值
    1 1.595
    2 2.128
    3 1.796
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-21
  • 修回日期:  2017-07-07
  • 网络出版日期:  2017-09-27
  • 刊出日期:  2019-02-01

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