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重载列车钩舌疲劳可靠性寿命分析

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致谢

1 绪论

1.1疲劳研究的重要性

1.2疲劳问题的发展历史及研究现状

1.3本文研究的意义

1.4本文研究思路及内容

2 钩舌结构有限元建模与分析

2.1大秦线运煤列车钩舌运用概况

2.2有限单元法介绍

2.3钩舌有限元模型计算

2.3.1 SOLID92单元介绍

2.3.2钩舌受拉载荷情况分析

2.3.3钩舌受拉有限元计算

2.3.4钩舌受压有限元计算

2.3.5本章小结

3 疲劳理论

3.1 疲劳极限

3.1.1材料疲劳极限的定义

3.1.2 S-N曲线

3.1.3 p-S-N曲线

3.2材料的p-S-N曲线试验方法

3.2.1材料疲劳极限的测定方法

3.2.2 p-S-N曲线的测定方法

3.2.3 p-S-N曲线的数据处理方法

3.3 升降法实验方法与数据处理的研究

3.3.1传统升降法的不足

3.3.2 Monte-Carlo数值模拟方法介绍

3.3.3极大似然估计法与传统配对法的比较

3.3.4试验数据对数值模拟的考证

3.3.5结论

3.4本章小结

4 p-S-N曲线试验

4.1试验设备与试样

4.1.1试验设备

4.1.2试验试样

4.2材料性能试验

4.2.1材料拉伸试验方法

4.2.2材料拉伸试验结果与对比

4.3材料的p-S-N曲线

4.3.1国产钩舌材料单点法试验及数据处理

4.3.2材料的疲劳极限

4.3.3成组法试验

4.4材料p-S-N曲线的对比分析

5 影响机械零件疲劳强度的因素

5.1 影响机械零件疲劳强度的因素

5.1.1形状因素

5.1.2尺寸效应

5.1 3表面加工的影响

5.2尺寸效应

5.2.1尺寸系数的影响因素

5.2.2国内外尺寸系数ε的计算方法

5.2.3综合应力梯度和面积统计因素考虑尺寸效应

5.2.4钩舌尺寸效应的计算

5.3表面系数

5.4两种钩舌的p-S-N曲线

5.4.1钩舌疲劳极限分布的计算

5.4.2钩舌p-S-N曲线

5.5本章小结

6 钩舌疲劳可靠性寿命分析

6.1 多级载荷谱疲劳寿命计算相关假设

6.1.1疲劳累计损伤法则

6.1.2 Goodman极限应力图

6.2钩舌疲劳可靠性寿命计算

6.2.1钩舌疲劳可靠性计算方法

6.2.2 Monte Carlo方法计算可靠性寿命

6.3两种钩舌可靠性寿命的对比分析

6.4.1两种钩舌的疲劳可靠性寿命

6.4.2两种钩舌的疲劳强度对比分析

6.4钩舌可靠性寿命误差与置信度分析

6.5本章小结

7 总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

附录A

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摘要

车钩钩舌是货物列车中最重要的承载件之一,它直接关系着列车的运行安全和可靠性。随着我国铁路货运的重载化要求的不断提高,对车钩也提出了更高的要求。目前,大秦线重载列车的钩舌大量出现疲劳裂纹,其寿命远达不到设计的要求。因此,有必要对钩舌的疲劳可靠性进行研究,为提高钩舌的疲劳寿命提供依据。本文以我国大秦线上使用的国产16、17号车钩和美国产16、17号车钩为对象,分析了其可靠性,研究了二者的差异。 本文主要作了以下四个方面的工作: 1、建立小子样升降法数值仿真模型并进行大量模拟试验,为试验和准确处理数据提供依据。传统配对法求得的方差偏小,对计算结果影响较大。本文在数值模拟试验和已有数据的基础上,得出了关于小子样升降法应力级差、应力级数以及方差数据处理的一些结论。 2、用MTS试验机以及GPL-100高频疲劳试验机,测试了国产材料和美国材料的性能参数;结合模拟试验结论采用成组法与升降法测试了两种材料的p-S-N曲线。 3、通过考虑形状因素、尺寸效应和表面系数的影响,由材料的p-S-N曲线推导钩舌的p-S-N曲线。并且以尺寸效应为研究重点,分析总结了计算尺寸效应的各种方法。根据钩舌的受力状况,主要以有限元计算为基础,研究了尺寸效应的统计因素。 4、建立钩舌有限元模型,分析钩舌的受力与约束,用ANSYS进行加载计算。根据车钩载荷谱和试验所得的基本疲劳性能数据,计算了国产钩舌和美国钩舌的可靠性寿命。美国钩舌的疲劳寿命高于国产钩舌。 本文的研究结果将为我国重载列车钩舌的设计与应用提供技术保证与支持;本文的一些研究方法为同类型问题的研究提供参考。

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