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摘要：地铁车辆转向架构架是车辆的主要承载部件，随着车辆的不断投入使用，所承受的是频繁的随机载荷，工况较为恶劣，容易出现裂纹，导致使用寿命远远小于设计寿命，严重影响运行安全性。本文采用准静态应力叠加法对构架电机吊座结构进行了疲劳寿命预测。仿真结果与该型构架实际出现疲劳破坏的位置吻合，验证了对构架进行疲劳分析方法的正确性。
关键词：转向架构架；多体动力学；刚柔耦合；疲劳寿命
前言
地铁车辆转向架构架在运行中所承受的耦合动载荷场比较复杂，并且局部刚度较小，很容易出现局部共振现象。因此，从转向架的构架结构自身的振动特性出发，建立模型对构架的疲劳分析。
一、柔性构架的建立
（一）柔体动力学理论
柔性体的理论思想主是要赋予一个模态集，应用模态向量和模态坐标的线性组合表示物体的弹性位移，通过计算每一时刻物体的弹性位移来表示其变形，令柔性部件ｒ的界面固定，并建立模态矩阵，其中模态矩阵可表示为：
其中：为节点对应产生的模态位移；为节点对应的第ｊ阶模态；为节点对应的第ｊ阶模态产生的应变场；为节点对应的第ｊ阶模态产生的应力场。由此可知，只要获取柔性体中每个节点的模态位移，则 可 以 得 到 柔 性 体中每一个节点的动应力响应。
三、地铁车辆刚柔耦合模型的建立与仿真
利用上边得到的柔性构架，根据该型地铁车辆真实动力学参数以及结构参数，最终建立该型地铁车辆的刚柔耦合多体动力学模型如图1所示。在建模过程中对柔性构架所受初始载荷进行预平衡，则在动力学仿真过程中柔性构架所承受的随机载荷也就模拟了车辆运行过程中构架的实际受力状态。以该型地铁车辆在满载 AW2下时速72km/h作为仿真的边界条件，并以美国五级谱作为轨道激励进行仿真，仿真时间设为80s。
由图15得知，电机吊座安装座整体铸件结构为无限寿命，疲劳寿命最短的位置出现在电机吊座工字型加强板与电机安装座的焊缝连接处，仿真获得的电机吊座疲劳寿命较短位置与实际电机吊座发生疲劳破坏的位置吻合的很好。仿真计算得到的电机吊座结构疲劳寿命为1.53×105次循环，每次循环10km，则可计算得到电机吊座节点最短寿命为153万km。根据地铁检修部门提供的数据，电机吊座处出现裂纹平均里程为139 万km，两者 误差为10％。
五、结束语
该型构架结构应力最大值为142.3MPa，小于该型构架母材的许用应力178MPa，符合构架的强度要求。应力幅值扰动是引起结构破坏的主要原因，该型构架应力幅值过大的区域主要集中在电机吊座区域、齿轮箱吊座区域、横梁－侧梁连接区域。仿真结果与该型构架实际出现疲劳破坏的位置吻合，从而验证了基于刚柔耦合模型对结构进行疲劳分析方法的正确性。
参考文献：
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[2]张磊安，黄雪梅，王娜等．风电叶片单点疲劳加载过程数值仿真与试验 ［J］．振动、测试与诊断，2014，34（4）：732－736．
论文作者:唐美龄
论文发表刊物:《防护工程》2017年第13期
论文发表时间:2017/11/11
标签：构架论文; 疲劳论文; 转向架论文; 车辆论文; 电机论文; 柔性论文; 寿命论文; 《防护工程》2017年第13期论文;