轴箱垂向振动加速度对轴箱端盖螺栓疲劳寿命影响仿真研究 .pdfVIP

轴箱垂向振动加速度对轴箱端盖

螺栓疲劳寿命影响仿真研究

1，21，21，21，21，2

李兰，孙丽霞，胡晓依，常崇义，侯茂锐

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心，北京100081；

2.中国铁道科学研究院集团有限公司高速轮轨关系试验室，北京100081）

摘要：以轴箱垂向振动加速度为输入激励，通过建立带精细螺纹的轴箱端盖螺栓连接结构

三维有限元模型，获取螺栓危险位置应力时间历程。基于Brown-Miller疲劳损伤准则，应用多

轴局部应力应变法估算不同轴箱垂向振动加速度下轴箱端盖螺栓疲劳寿命。结果表明：随着轴

箱振动加速度幅值的增加，螺栓疲劳损伤将大幅增大，疲劳寿命随之急剧减小，当轴箱垂向振

动加速度幅值达到400m/s2时，螺栓的疲劳寿命不超过1万km。

关键词：高速铁路；螺栓；疲劳寿命；疲劳损伤

中图分类号：U266.2文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）04-0074-06

DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.04.074

0引言的激振频率是轴箱异常振动主导频率，随着多边形幅

值的增加，轴箱加速度也大幅增加［1-3］。钢轨波磨导致

随着高速铁路的不断发展，对列车运行的安全要轴箱端盖出现严重的弹性振动，随着钢轨波磨波深的

求越来越高。轴箱为高速列车的薄弱环节，其轴箱端增加，轴箱端盖的振动加速度也越来越大［4］。目前关

盖螺栓在列车异常振动下，存在螺栓断裂和松动的隐于轮轨短波不平顺对车辆振动特性的影响研究较多，

患，从而影响高速列车的运行安全。轮轨短波不平顺但关于其对高速列车轴箱端盖螺栓疲劳影响的研究

会引起轮对轴箱的异常振动，由车轮高阶多边形引起较少。

预测轴箱端盖螺栓疲劳寿命最直接的方式是，利

基金项目：国家自然科学基金高铁联合基金重点资助项目用线路运行中轴箱螺栓所受应力数据［5］，但目前通过

（U1734201）；中国铁道科学研究院科技研究开发计

现场测试获取轴箱螺栓危险部位载荷数据仍较为困难。

划项目（2017YJ140）

因此，提出基于轴箱振动加速度的轴箱端盖螺栓疲劳

李兰（1980—），女，副研究员。

第一作者：

E-mail：******************寿命预测方法。该方法考虑将车轮高阶多边形激励下

-74-

CHINARAILWAY2021/04

轴箱垂向振动加速度对轴箱端盖螺栓疲劳寿命影响仿真研究李兰等

的轴箱振动加速度作为载荷输入，建立带精细螺纹的组的轴箱端盖螺栓连接结构布置图（见图1），通过参

轴箱端盖螺栓连接结构三维有限元模型，进行瞬态动数化编程建立了螺栓外螺纹、轴箱内螺纹的节点和单

力学计算获得螺栓应力时程曲线；并根据螺栓应力的元信息。为减少计算量，取轴箱端盖螺栓连接结构

1/6，建立带有实际螺纹结构的动车组轴箱端盖螺栓连

分布利用基于Brown-Miller疲劳损伤准则局部应力-应

变法和Miner线性累积损伤准则进行轴箱螺栓疲劳寿