基于结构仿真的振动夹具校核与疲劳寿命预估.pdf

第32卷第6期 兰 州 交通大学学报 V01．32No．6 2013年12月 JournalofLanzhou Dec．2013 JiaotongUniversity 文章编号：1001—4373(2013)06-．0150—06 基于结构仿真的振动夹具校核与疲劳寿命预估 丁 杰， 唐玉兔， 忻 力 (南车株洲电力机车研究所有限公司南车电气技术与材料工程研究院．湖南株洲41200]) 摘要：动车组和城轨车辆车体下部安装的电气装置种类繁多，结构尺寸各异，导致振动试验夹具的设计工作量 大，设计开发适用范围广的通用型夹具具有重大意义．以某通用型夹具为研究对象，对夹具和被试设备综合进行模 态、瞬态动力学和随机振动疲劳分析，仿真结果表明可以对夹具进行校核和疲劳寿命预估．研究方法与结果可为夹 具的设计和振动试验结果评价提供理论依据． 关键词：振动试验；夹具；电气装置；疲劳寿命 中图分类号：TG75 文献标志码：A 为尽可能扩大车体上部的利用空间，动车组和 生一定的疲劳损伤，当疲劳损伤累积到一定程度时， 城轨车辆的电气装置大多悬挂于车体底架下部．根 原本合格的夹具也会变得不合格，因此，夹具除满足 据轨道交通行业的规定，悬挂于车体下部的电气装 固有频率较高的一般性要求外，还需要在联合被试 置应通过振动试验的考核才能批量装车．由于电气 设备的基础上进行夹具的疲劳寿命预估． 装置的种类繁多，结构尺寸各异，导致夹具的设计和 鉴于此，本文以轨道交通悬挂类电气装置的某 制造工作量非常大．考虑到较多的高压电器箱、辅助 通用型振动夹具为研究对象，对夹具和被试设备综 高压箱、高速断路器箱、接触器箱、能耗记录箱、接地 合进行模态、瞬态动力学和随机振动疲劳分析，验证 开关箱、扩展供电箱、电抗器箱等电气装置的重量在 设计的夹具是否满足振动试验要求，并对夹具的疲 几十千克至三百千克之内，箱体吊耳的螺栓安装孑L 劳寿命进行分析． 间距在450～850mlTl之间．设计开发出适用于重量 较轻且种类繁多的电气装置的通用型夹具，可以节 省研发成本与周期，具有非常大的现实意义． 振动夹具作为联接振动台与被试设备进行能量 传递的关键部件，其合格与否会影响试验结果的准 确评价r1]．随着计算机技术与仿真技术的发展，人们 开始对夹具进行模态分析[2。6]、疲劳分析r7。9]，然而， 这些研究中大多只单独考虑了夹具，极少对夹具和 被试设备进行综合分析．文献[10—11]分别指出夹具 的一阶固有频率应至少高出被试设备一阶固有频率 的2～3倍和3～4倍，否则被试设备与夹具容易产 图1夹具结构示意图 生振动耦合而使响应放大．文献[12]指出被试设备 fixture Fig．1Structureof 对夹具存在边界效应，从而导致空载的夹具仿真结 果与试验过程中的受力情况有较大的区别，较难准 1夹具与被试设备的结构 确地对夹具进行评估．通用型夹具需要经历多次试 图1是一种适用于轨道交通悬挂类电气装置 验，然而每经过一次振动和冲击试验，都会对夹具产 的通用型夹具结构示意图．该夹具由底框和横梁两 收稿日期：2013一07—19 基金项目：湖南省自然科学省市联合基金(12JJ8020) 作者简介：丁杰(1979·)，男，湖南常德人，工程师，主要研究力‘向为变流器结构