高速动车组制动模块可靠性分析与优化.pdf
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1、:./.高速动车组制动模块可靠性分析与优化唐 枫(兰州交通大学 机电工程学院甘肃 兰州)摘 要:为了计算出动车组制动模块在各个工况运行下的薄弱环节并改善其结构性能该文运用三维设计软件 构建出制动模块的三维模型再通过有限元分析软件 对模型进行模态分析和静强度分析将应力最大的部位视为薄弱环节并将该部位作为后续优化设计的关键部位 首先建立制动模块有限元模型对其进行自由模态分析与约束模态分析初步确定出薄弱环节 再对其进行静强度分析确定出最大应力对应的具体位置再次确定出薄弱环节并将两者进行对比分析 最后建立初始的 网络模型引入四种权重系数并利用 探寻其最优组合方式进而提升初始 网络模型的预测精度开展动车
2、组制动模块多目标可靠性优化设计为制动模块结构改进与优化提供了理论依据关键词:制动模块模态分析静强度分析可靠性 神经网络中图分类号:文献标识码:文章编号:()():.:引 言近年来我国在高速动车组列车的研发与线路规划方面取得了巨大进展突破了许多技术屏障取得了前所未有的成功使我国成为全世界高速动车组领域的一流强国 随着我国高速动车组列车的飞速发展人们出行更加便捷出行效率得到了极大的提升在追求速度与便捷的同时乘客的人身安全是否得到充足的保障是不可忽视的关键问题 因此需要对高速动车组列车运行过程中各个环节的运行安全性进行分析与计算 而位于车体下侧的制动模块又是整车的重要部件之一 在动车组列车高速运行过
3、程中各种工况下的制动模块都承受着来自各个方向的冲击裂纹扩展、强度失效和疲劳破坏等情况时有发生因此确定出制动模块在实际工作过程中的薄弱环节显得尤为重要目前针对动车组制动模块的分析主要以静强度分析、疲劳强度分析和动力学分析为主 孟凯借助有限元分析软件 对制动模块各种工况下的静强度和疲劳强度进行了分析以分析结果为基础使用 软件对应力较大部位进行了相应的计算与优化 李成涛将螺栓预紧力加入到了分析过程中对动车组制动模块进行了静强度非线性有限元分析为制动模块的结构优化设计提供了理论依据王大生以制动模块风缸卡带为研究对象进行了力学分析与计算并对分析结果进行了强度校核提高了制动模块的运行安全性 然而上述学者对
4、制动模块的薄弱环节没有全面的判定且忽略了结构可靠性对性能的影响 鉴于此笔者以第四强度理论为基车辆研究 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用收稿日期:作者简介:唐 枫()男河南许昌人硕士研究方向:动车组结构可靠性础对制动模块进行静强度分析并结合自由模态和约束模态振型特征确定出薄弱环节再利用基于 加权网络的多目标优化设计模型进行多目标可靠性优化设计为制动模块的结构可靠性分析与优化提供理论依据 制动模块模态分析有限元模态分析方法主要有两种分别为分块的兰索斯法和子空间迭代法 子空间迭代法对网格质量要求较高且花费时间较长因此计算精度比较高分块的兰索斯法在保证计算精度较高的同时花费时间也较短 因此本文
5、采用分块的兰索斯法对制动模块的有限元模型进行自由模态和约束模态的求解.制动模块有限元模型建立文中采用的制动模块主要由支撑架、风缸、风缸吊架、压力容器及水箱组成 该制动模块的材料主要为 其材料属性如表 所列 将制动模块模型在 软件中进行网格划分采用网格控制 、自动 、最终划分为 个单元 个节点如图 所示表 制动模块材料属性参 数数 值弹性模量/泊松比.密度/(/)屈服强度/图 制动模块网格划分模型.制动模块自由模态分析自由模态是系统在不施加外界约束的状态下所发生的自由振动的特性 通过自由模态分析可以得出固有频率和固有振型 根据多自由度系统模态分析理论可知在不施加外界约束的状态下系统的前 阶模态分
6、析结果表现为刚体模态即固有频率 为 取制动模块前 阶自由模态进行计算得到固有频率和相对应的模态振型 第 阶自由模态振型图如图 所示由图 可知制动模块第 阶自由模态频率为.第 阶自由模态频率为.第 阶自由模态频率为.第 阶自由模态频率为.图 第 阶自由模态振型图 图 第 阶自由模态振型图图 第 阶自由模态振型图 图 第 阶自由模态振型图.制动模块约束模态分析约束模态能够更加全面且准确地反应制动模块在受到外界激励的情况下的动态特性 根据制动模块在实际工作过程中受到的约束方式对制动模块有限元模型添加约束进行约束模态分析 取制动模块前 阶约束模态进行计算可以得出制动模块振动频率和模态振型 取第 阶的约
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