车轮强度疲劳分析
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析一、概述CRH2动车组是中国铁路的一种高速动车组列车，它采用了直流传动、气动制动和通信信号一体化控制技术，具有较高的速度和安全性。
在CRH2动车组中，拖车车轮是承载列车重量和传递牵引力的重要组成部分。
车轮在运行中承受着巨大的压力和摩擦力，容易出现疲劳破损，影响列车的安全和运行效率。
对CRH2拖车车轮滚动接触疲劳进行分析和研究具有重要意义。
二、车轮滚动接触疲劳原理车轮滚动接触疲劳是指车轮在运行过程中，由于受到重复的载荷和挤压作用而产生的疲劳破坏现象。
当列车行驶时，车轮与钢轨之间的接触面承受了动态载荷，并伴随着滚动和滑动摩擦。
这种接触面的疲劳破坏会导致车轮的表面裂纹和断裂，从而影响列车的安全和稳定性。
三、车轮滚动接触疲劳分析方法1.数值模拟分析：利用有限元分析方法对车轮受力情况进行模拟计算，分析车轮在不同载荷和速度条件下的应力分布和疲劳寿命。
通过模拟分析，可以有效预测车轮的疲劳破坏情况，提前发现潜在问题。
2.实验测试分析：通过实验测试，采集车轮在运行过程中的振动、温度和位移等数据，对车轮的疲劳破坏进行监测和分析。
实验测试可以全面了解车轮的实际工作状态，为疲劳分析提供真实可靠的数据支持。
3.材料力学分析：对车轮材料的力学性能进行分析和测试，确定其硬度、强度、韧性等参数，评估车轮在滚动接触疲劳下的承载能力和疲劳寿命。
材料力学分析是车轮疲劳分析的基础和关键。
五、疲劳分析结论与建议通过CRH2拖车车轮滚动接触疲劳分析，可以得出结论：车轮在高速行驶和紧急制动等特殊工况下，容易产生应力集中和疲劳裂纹，存在一定的疲劳破坏风险。
在此基础上，提出以下建议：1.加强车辆维护保养，及时对车轮进行检查和更换，避免因车轮疲劳破损引发的安全事故。
2.优化车轮材料和工艺，提高车轮的抗疲劳性能和使用寿命，降低疲劳破坏风险。
3.优化列车运行参数和控制策略，减少车轮的应力集中和疲劳破坏，提高列车的安全和稳定性。
大轴重货车车轮热负荷下疲劳强度分析
关 键 词 车轮 ； 限 元 法 ；温度 场 ；辐 板 ； 劳 强 度 有 疲
中 图分 类 号 ：Ｕ２ ２ ７ 文 献标 志码 ：Ａ
铁路 运输 以其 运量 大 、 快速 、 全 、 安 低耗 能 及 环保 等
特 点 ， 成 为 世 界 当 今 和 未 来 主 要 发 展 的 运 输 模 式 。 随 已
矛盾 发挥 了重要 作 用 ， 得 了较好 的 经济 效 益 和社 会效 取 益 。为进 一步 提高 铁 路 运 能 ， 加 货 车 的承 载 能 力 ， 增 提
考虑 到车 轮结 构 和热 载 荷 的对 称 性 ， 车 轮 的 １ ２ 取 ／ 结 构 进行 分 析 ， 有 限元 模 型如 图 １所示 ， 由 ３ ６ 其 其 ７４ ６
况 ：
轴 重 货 车 车 轮 的 轮 径 拟 定 为 ９ ５ｍｍ ， 轮 材 料 为 １ 车
（ ） 线 运 行 坡 道 制 动 工 况 ： 直 动 载 荷 Ｐ ＋ 过 １直 垂
＊ 国家 科 技 支 撑 项 目（ 号 ： ０ ７ Ａ ５ ０ ） 中 央 高 校基 本科 研 项 目（ 编 ２ ０ Ｂ Ｇ０ Ｂ ６ ， 西交 校 ２ ０ — ） ０ ９ ７ 侯 耐 （９ ６ ）女 ． 南 商 丘人 ， 士 （ １８ 一 河 硕 收稿 日期 ：０ ０ ７ １ ） ２ １ 一ｏ — ５
列 车 的 安 全 运 行 。运 用 有 限元 分 析 软件 ＡＮ ＹＳ仿 真 分 析 长 大 坡 道 制 动 下 车 轮 的 温 度 场 ， 据 国 际 铁 路 联 盟 标 准 Ｓ 根 ＵＩ １ ２ ０ Ｃ ５ ０５ ０ ３确 定 计 算 载 荷 ， 算 了 ３ ． 轴 重 车 轮 在 计 算 载 荷 工 况 下 的 应 力 场 。将 多 轴 应 力 状 态 转 化 为 单 计 ２ ５ｔ
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析CRH2动车组是中国的一种高速列车，其拖车车的轮轴是车载设备中重要的组成部分，承载着整列车辆的重量和动力。
在使用过程中，轮轴会受到滚动接触疲劳的影响，可能导致轴承损坏，甚至造成列车出现故障。
进行CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析，对于保障列车的安全运行具有重要意义。
1. 车轮材料的选择：车轮材料的选择直接影响着其耐磨损性和疲劳性能，选择合适的车轮材料对于减少滚动接触疲劳的发生具有重要的意义。
2. 铁路线路状况：铁路线路的状况对列车拖车车轮的滚动接触疲劳也有一定的影响，线路平整度、曲线、轨面磨损等因素都可能影响车轮的疲劳情况。
3. 负荷和速度：列车的运行负荷和速度也是影响拖车车轮滚动接触疲劳的重要因素，高速运行和大负荷运输都会加大车轮的疲劳程度。
4. 轮轴安装及维护：轮轴的安装质量和维护情况也关系到车轮的滚动接触疲劳情况，定期的维护保养对于减少车轮的疲劳损伤具有重要意义。
1. 数值模拟分析：利用有限元分析等数值方法，对CRH2动车组拖车车轮的滚动接触疲劳进行模拟分析，得到车轮受力情况和疲劳寿命预测等数据。
2. 实车试验：通过实车试验，对CRH2动车组拖车车轮的滚动接触疲劳情况进行实际测量和分析，验证数值模拟的结果，并获取更真实的数据。
3. 车轮材料试验：对车轮材料进行试验，了解其耐磨性和疲劳性能，为选择合适的车轮材料提供依据。
1. 为列车轮轴的设计和制造提供依据，提高列车的运行安全性和可靠性。
2. 对于轮轴材料的选择和使用提供技术支持，延长轮轴的使用寿命，降低维护管理的成本。
3. 为铁路线路的维护和改造提供技术支持，提高铁路线路的平整度和曲线半径，降低列车的滚动接触疲劳。
4. 提高我国高速列车的研发和制造水平，增强国家的科技实力和自主创新能力。
在未来，随着科技的不断进步和我国高速列车的不断发展，CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析将会得到更加深入的研究和应用。
高铁车轮的疲劳寿命分析
高铁车轮的疲劳寿命分析高铁作为现代交通工具的重要组成部分，随着我国高速铁路建设的逐步推进，成为人们出行的重要选择。
作为高铁的核心部件，车轮的质量和寿命对于高铁行车安全和维护成本有着至关重要的影响。
因此，对于高铁车轮的疲劳寿命分析显得尤为重要。
一、车轮的结构特点高铁车轮是高速列车的重要部件，轴承着整车和行车负重，承受着不断变化的载荷。
车轮主要由轮缘、轮辋和轮轴组成。
其中，轮缘是车轮最外侧的环状部分，用于接触轨道。
轮辋与轮缘相连，起到支撑整车和分散负载的作用。
轮轴上安装着轮辋和轴承，负责传递力量和维持车轮的正常运转。
二、车轮的疲劳寿命疲劳断裂是车轮最常见的失效模式，疲劳寿命是车轮的关键指标之一。
车轮的疲劳寿命受到多种因素的影响，包括外部环境、负载情况、材料和制造工艺等。
其中，外部环境和负载情况是决定车轮疲劳寿命的主要因素。
外部环境：车轮在进入高速铁路之前需要经过轮型修整等准备工作，以确保其符合相关技术标准。
此外，车轮在行车过程中不断受到外部环境的影响，如高温、低温、高海拔、雨雪等，这些因素都会对车轮产生影响，降低车轮的寿命。
负载情况：高铁车轮受到的载荷包括垂直负载和侧向负载等多种类型。
其中，垂直负载是车轮承载的最大负载，也是疲劳寿命的主要影响因素。
侧向负载则会对车轮产生较大的应力，降低车轮的寿命。
三、车轮疲劳寿命分析方法车轮疲劳寿命的分析需要结合多种方法和技术手段，以下是常用的几种方法：1. 应力分析法通过对车轮内部应力分析，计算出车轮在不同负载情况下的应力及其分布规律，从而预测车轮的疲劳寿命。
2. 实验测试法通过实验测试，测量车轮在不同负载和环境下的应力响应、位移变化等参数，揭示车轮的失效模式和寿命。
3. 数值模拟法通过建立车轮的有限元模型，仿真车轮在不同负载和环境下的应力响应、变形等参数，并通过数值分析预测车轮的寿命。
四、车轮寿命延长措施为了延长车轮的寿命，可以采取以下措施：1. 加强轮型修整车轮进入高速铁路之前需要经过轮型修整等准备工作，加强轮型修整，排除车轮内部缺陷，能够有效提高车轮的寿命。
弹性车轮非线性有限元分析及疲劳强度校核
箍 向下运 动 ， 直至 压环 上表 面 与轮箍 上表 面平 齐 ， 最
后用 紧固连 接件 进行 连接 。
， ＝ （ ｔ ｒ （ Ｂ ） 一 ｔ ｒ （ Ｂ ） ） ＝ Ａ Ａ ｉ ＋ Ａ Ａ ； ＋ Ａ Ａ ； ；
可压 缩 、 碳 黑填 充天 然橡 胶 材 料 ， ， ２ 、 ， 关 联性 较 小 ，
（ １ ） 式 可改 写为 ： （ ， ）： Ｃ ０ （ ， １ — ３ ）＋ Ｃ ２ ０ （ ， 一３ ） ＋Ｃ 如（ ， 一 ３ ）
（ ２）
作者简介 ： 黄 彪（ １ ９ ８ ４一） ， 男， 硕士研究生学历 ， 工程师 ， 从 事 制 动 盘 技术工作 。
摘 要 ： 采用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ软 件 建 立橡 胶 的 ｍ ｏ ｏ ｎ ｅ ｙ—ｒ ｉ ｖ ｌ ｉ ｎ本 构 模 型 以及 整 个 弹性 车轮 的有 限元模 型 ， 对 弹性 车轮 在 运 营过程 各 工况 下的应 力 情况和 疲 劳强度 进行 分析 、 校 核， 结果表 明 ， 各 部件 在 运 营组合 工况 下危 险界 面 点均 落在 Ｇ ｏ ｏ ｄ ｍａ ｎ曲线 内， 且裕 量
（ ， ， ， ２ ， １ ３ ）： Ｃ ， （ ， 一 ３ ） ＋（ ， 一 ３ ） （ １ ）
１ 弹 性 车 轮 结 构
图 １所示 为常 州南 车铁 马科 技实 业 有限公 司 最 新研 发 的采用 块状 橡 胶 的 弹性 车 轮 结 构 分解 图 ， 其 主要 部件 包括 轮 箍 、 轮心 、 压环 、 橡 胶 块 以及 紧 固 连
＋（ ， ． 一 ３ ）
．
式中， Ｃ 为 Ｒ ｉ ｖ ｌ ｉ ｎ系数 ， ， 。 ， ， 分别为第 １ 、 第 ２ 、 第３ Ｇ ｒ ｅ ｅ ｎ应变 不变 量 ， 表达 式如 下 ：
高速动车组拖车车轮疲劳强度的分析评定
８ ９ ０ ｉ ｉ ｌ ｒ ｎ ， 车轮设计和制造执行标准Ｅ ＮＩ ３ ２ ６ ２ 和Ｕ Ｉ Ｃ ８ １ ２ — ２ ，
体 大小 见表 １ 所示 。
图２ 车 轮 受力 计 算 示 意 图
表１ 有限元计算涉及的工况及载荷
第 ２期
梁 红 琴 ，赵 永 翔 ，杨 冰 ， 马卫 华 ： 高速 动 车组 拖 车 车 轮疲 劳 强 度 的 分 析 评定
了静强度 和疲劳强度 校核 。 文献 ［ １ ２ 】 以提高车轴 的疲 劳 强度 为 目标 ， 从 车轴 选 材 、 热 处 理工 艺 等 技术 措 施方
面进行 了研究 。
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计算 中采用 的高速 动车组拖 车车轮是 在 ２ ０ ０ ７ 年 我 国铁路 第 六次 大提 速 之际 推 出的产 品 ， 最高运 行 速度 为２ ５ ０ ｋ ｍ／ ｈ 。 主要 应用在北京一 哈尔滨 ， 北 京一 武汉等
则不 满 足要 求 。 对 该拖 车 车 轮 而言 ， 其辐 板 部 位经 过 机加 工 ， 所 以在进 行强度 校核时 ， 许用 动应力 范围应为 ３ ６ ０ ＭＰ ａ 。
２ ｆ ｉ Ｎ １ ３ ９ ７ ９ － １ —２ ０ ０ ３强度校核方法
② 未 经 机 加 工 辐 板 的 车 轮 ，许 用 动 应 力 范 围 为
２ ９ ０Ｍ Ｐ ａ 。
在轴颈 位置施加 约束 ， 载荷 按 照图 ２ 所 示位置 以集 中力 的方 式施 加在 相应 的面上 ；通 过接触 单元 实 常数
设 置 过盈 量 。
车轮疲劳试验
车轮疲劳试验简介车轮疲劳试验是一种通过模拟车辆长时间运行状态下的负载情况，评估车轮在使用过程中的耐久性能和寿命的试验方法。
通过该试验可以确定车轮的安全性和可靠性，为车辆设计和制造提供重要参考依据。
试验目的车轮是汽车重要的组成部分之一，其承受着来自路面、悬挂系统等多方面的力量。
长时间运行后，车轮可能出现疲劳裂纹、变形等问题，严重影响行驶安全。
因此，进行车轮疲劳试验旨在评估和验证车轮在长时间使用中的耐久性能和寿命。
试验流程1.准备工作：确定试验样品、选择适当的试验设备和仪器。
2.载荷设定：根据实际使用情况、道路条件等因素，确定合适的载荷大小和类型。
3.车速设定：根据实际使用情况、道路条件等因素，确定合适的车速范围。
4.试验开始：将样品安装到试验设备上，并设置载荷和车速参数。
5.试验监测：使用传感器和监测设备对试验过程中的载荷、变形、温度等进行实时监测和记录。
6.试验终止：根据实际需求，确定试验的终止条件，如达到一定的试验时间或者出现破坏等情况。
7.结果分析：对试验结果进行数据处理和分析，评估车轮的耐久性能和寿命。
试验参数1.载荷：根据实际使用情况和设计要求，确定合适的载荷大小。
常用的载荷类型包括静态载荷、动态载荷和复合载荷等。
2.车速：根据实际使用情况和设计要求，确定合适的车速范围。
常用的车速范围为0-120公里/小时。
3.试验时间：根据实际需求确定试验时间，通常为数小时至数十小时不等。
试验设备1.车轮疲劳试验机：用于模拟车辆在长时间运行状态下对车轮施加各种负载，并记录相关数据。
常见的设备有旋转式疲劳试验机、振动式疲劳试验机等。
2.数据采集系统：用于实时监测和记录试验过程中的载荷、变形、温度等数据。
常见的设备有传感器、数据采集卡等。
试验结果分析1.车轮疲劳寿命：根据试验结果，通过统计分析和可靠性评估等方法，确定车轮的疲劳寿命。
2.车轮变形：通过试验结果中的变形数据，评估车轮在长时间使用中可能出现的变形情况。
上海地铁车辆统型车轮疲劳强度分析
欧 洲 Ｂ Ｎ ３７ ． ： Ｓ Ｅ １９ ９ １ ２０ ０ ３＋Ａ ：０ ９Ｂ 的 要 １２ ０ Ｊ Ｌ
求计 算 ． 轮 断 面 内 载 车 荷作 用位 置 根据 Ｂ Ｎ ＳＥ
车轮 的有 限元模 型 ， 据 国际铁 路联 盟 的 ＵＣ标 准 以及 欧洲 的 Ｅ 依 Ｉ Ｎ标 准模 拟 车轮在 直线 、 曲线和 道 岔 等 工况 下的应 力 ； 分析 车轮 疲 劳强度 的计 算方 法 ， 并依据 Ｈａ ｈ图评 估 分析 这 ２种 车轮 的 疲 劳强 ｉ ｇ 度 ． 果表 明 ， 车轮 均具 有 良好 的静 强度 和 疲 劳 强度 性 能 ， 能 满足 规 范 的要 求 ． 中 ， 型 车 结 ２种 都 其 统
作者简介 ：黄云娇 （ ９５ ） 男 ， 东泰安人 ， 士研 究生， 究方向为车辆 强度 分析 ， Ｅｍａｌｈ ａｇｕｊ ｏ２ ＠１ ３ ｃｍ； １８ 一 ， 山 硕 研 （ － ｉ ｕｎｙ ｎｉ ５ １ ６ ．ｏ ） ａ 周劲松（ ９ ９ ） 男， １６ 一 ， 四川涪陵人 ， 副教授 ， 士 ， 究方向为车辆 动力学和强度 分析 ， Ｅｍａｌｚｏｊ ｓｎ ＠２ ３ ｎｔ 博 研 （ － ｉ）ｈｕｉ ｏｇ ６ ．ｅ ｎ
轮 在 曲线 、 岔 等工 况 下的静 强度性 能优 于 １ 号 线 的车轮 ， 疲 劳强度 不及 １ 线车轮 ． 道 １ 但 １号 关 键词 ：地铁 车辆 ； 型 车轮 ；疲 劳强度 ；有 限元 法 统
中图分 类号 ： ２ ０ ３ １ Ｔ １ ５ ２ Ｕ ６ ． ３ ； Ｂ １ ． 文献 标志 码 ： Ａ
改变 ， 轮上 各点 应力 也会 呈现 交 变状态 ．４ 车 ＿
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车轮强度疲劳分析
作者：长安汽车股份有限公司闫立志袁登木高晓庆陈启亮
摘要：汽车车轮主要承受循环载荷，借助MD.Nastran 及MSC.Fatigue 模拟车轮在循环对称载荷作用下的强度和疲劳，可以有效地指导车轮的设计。
关键词：车轮；强度；疲劳；MD.Nastran；MSC.Fatigue
1 引言
汽车车轮的功用是支持全车的重量，承受驱动力、制动力、以及地面对车轮的各种力，并通过轮胎与地面的接触而实现汽车的运动。
因此车轮的强度疲劳对于整车的正常使用有非常重要的作用，而实际使用中，车轮主要承受径向载荷，也是车轮破坏的主要载荷形式，因此本论文针对车轮在滚动过程中承受径向载荷作用下，车轮强度疲劳分析并进行结构优化。
2 基于Nastran 的汽车车轮循环对称响应分析（SOL109）
本文以某项目开发为例，利用MSC.Nastran 分析车轮，并对危险部位通风孔进行结构改进及优化，得到较优方案，为设计提供参考意见。
2.1 模型文件
本文主要对比不同车轮通风孔结构及位置对车轮强度疲劳的影响，如下是某款车型的车轮结构示意图。
图1 车轮结构
方案一为初始设计方案，通风孔直径为Φ 30mm;
方案二为优化方案，是将通风孔沿车轮径向外移4mm；
方案三为优化方案，是将通风孔沿车轮径向外移4mm，同时将通风孔直径扩大到Φ 34mm；
2.2 边界条件与分析方法
本次分析中，约束车轮底面，在距车轮底面中心1.0m 处沿Y 和Z 方向分别施加两个大小相等的载荷。
图2 车轮有限元分析模型
为了模拟车轮的旋转，本次分析采用SOL109 进行分析，考虑通过对Y 和Z 方向两个大小相等的载荷分别乘以两条正弦和余弦曲线的方式来实现力的旋转。
2.3 分析结果
本次分析的载荷为每隔9 度输出一个结果，一共产生41 个结果，在后处理软件中将这41个结果进行取大值处理后，输出如图3 所示的应力分布图：
图3 车轮分析结果（从左开始依次为方案一、方案二、方案三）
方案一、方案二、方案三在相同的应力梯度下的应力分布可以看出，方案三的效果最好，同时从最大应力数值上也可以得到同样的结论，如下表1 所示。
表1 计算应力结果
3 基于fatigue 的汽车车轮疲劳分析
在静力响应结果的基础上对车轮进行疲劳分析，进一步验证方案的效果。
如图4 所示为2万次循环载荷作用下的疲劳结果，由于是同一零件，同一种材料，所以和应力结果的分布是一致的，如下图所示：
图4 车轮疲劳分析结果（从左开始依次为方案一、方案二、方案三）
但与应力结果相比，从通风孔周围的损伤值来看，其值的梯度更加明显，如表2 所示：
表2 计算损伤结果
4 结论
1、通过采用MD NASTRAN 循环对称响应分析（SOL109）,可以对循环对称载荷作用下的零部件进行强度和刚度分析。
2、利用循环对称响应分析结果，导入MSC FATIGUE，可以得到规定循环次数下的损伤值，这样更利于对结果的判断和方案的选择。
参考文献
[1] 新编MD Nastran 有限元实例教程机械工业出版社，2008.(end)。