高速列车车体动态薄弱位置及特征应力谱研究

乐柄伸，吴兴文，黄运华

高速列车车体动态薄弱位置及特征应力谱研究

乐柄伸，吴兴文，黄运华

（西南交通大学 机械工程学院，四川 成都 610031）

为了研究高速列车车体的动态薄弱位置及服役条件下薄弱位置应力谱特征，基于车辆系统动力学、有限元理论和刚柔耦合理论，建立了8编组的高速列车高频刚柔耦合动力学模型。基于模态应力恢复法，利用反映服役模式的轮轨扫频激励，研究并识别了车体服役条件下的动态薄弱位置。通过该模型，进一步研究了车体动态薄弱位置处的应力谱特征，分析了不同运营速度和不同曲线半径对特征应力谱的影响。结论表明：车体的动态薄弱位置主要集中在窗角、门框、枕梁、牵引梁与枕梁交接等部位，其对车体一阶垂弯、车体一阶扭转、车体顶棚和侧墙局部高频模态较为敏感。随着车辆运营速度的增加和曲线半径的减小，由于车体模态振动加剧，车体动态薄弱位置的应力幅值显著增加。

高速列车高频刚柔耦合动力学模型；模态应力恢复；动态薄弱位置；特征应力谱

高速列车车体在服役过程中主要承受来自转向架和外部环境的动态载荷，当激励频率大于车体的最低模态频率时，极有可能激发车体的模态共振，从而减小车体的服役寿命。现有文献中大量针对车体疲劳寿命的研究，均主要基于准静态载荷工况，对车体强度进行评估和薄弱位置识别[1-10]。刘亮亮[1]和姜雪薇[2]分别针对地铁不锈钢和铝合金车体强度进行了分析，并利用OptiStruct软件对车体焊点和型材截面进行了拓扑优化。……