基于虚拟激励法的地铁车辆排障器疲劳失效研究及拓扑优化

摘要

排障器是地铁车辆重要的安全保障装置。通过线路试验及理论研究对排障器失效原因进行调查分析发现,排障器的一阶固有模态(95.7 Hz)与小半径曲线钢轨波磨的通过频率95 Hz接近,从而导致排障器共振,这是排障器过早发生疲劳失效的主要原因。根据失效原因对排障器进行拓扑优化设计,利用模态错频设计方法,将排障器一阶固有模态增加到160 Hz,解决了排障器的共振问题。提出一种基于虚拟激励法的子结构分析技术,建立随机振动模型,再现排障器真实服役工况下的振动环境,计算关键位置动应力,结果表明,仿真与实测最大动应力误差为1.8%。最后,优化激励加载处理方法,基于线路实测数据,验证排障器的疲劳寿命。分别采用Dirlik法及Zhao-Baker法计算优化后排障器的疲劳寿命,结果表明优化结构在焊缝及母材位置均满足30年360万km的设计寿命要求。

关键词

排障器 / 钢轨波磨 / 动应力 / 虚拟激励 / 疲劳寿命