500m长定尺钢轨铁路运输座架强度仿真分析与试验研究

摘要

近年来，中国铁路正经历一个快速发展期，客运专线建设及既有线的大面积改造，使钢轨的需求量呈迅速增长的态势，钢轨规格的需求也随之变化，长定尺钢轨运输成为铁路货物运输的一个重要研究领域。由于专用车运输方式存在着投资成本高、运能不足等问题，采用普通平车并加装专用座架已成为长定尺钢轨运输的发展趋势。500m长定尺钢轨普通平车装载加固方案的制定，为我国铁路建设提供了安全、可靠、经济的保障。
　　本文选取中铁十三局集团有限公司的500m长定尺钢轨铁路运输座架为实例，借助有限元分析法及有限元仿真软件，对座架的结构强度进行研究，主要包括以下内容:
　　(1)阐述国内外长定尺钢轨的主要运输方式以及装载加固技术，有限元仿真技术的发展及应用现状;
　　(2)利用ANSYS软件，对静载状态下的500m长定尺钢轨所受支反力进行有限元仿真计算，分析钢轨与座架的相互作用关系。
　　(3)对普通座架和锁定座架进行理论力学分析，并借助Solidworks软件，进行有限元仿真计算，分析座架的结构强度;
　　(4)研究500m长定尺钢轨铁路运输座架强度检测的试验原理、试验方案和结果分析，将试验结果与仿真结果进行对比，验证仿真结果的合理性和可靠性;
　　(5)基于仿真数据和试验结果，对500m长定尺钢轨铁路运输座架的结构强度薄弱部位进行优化设计，并借助Solidworks软件验证优化效果;
　　(6)研究500m长定尺钢轨铁路运输座架强度检测试验中应力折算系数的计算原理，并借助ANSYS软件修正现行的应力折算系数。
　　研究结果表明，本文所建立的500m长定尺钢轨铁路运输座架的有限元模型及仿真结果具有合理性及可靠性，对座架强度薄弱部位的优化设计，可以较大程度提升座架的结构强度，对500m长定尺钢轨铁路运输座架强度检测试验中应力折算系数的修正，有助于得到更符合实际运输情况的座架强度检测结果。研究成果为500m长定尺钢轨铁路运输座架的研发、试验和提升座架结构设计水平奠定基础。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 长定尺钢轨铁路运输研究现状

1．2．2 有限元仿真技术的发展及应用现状

1．3 论文主要研究内容

2 500m长定尺钢轨的受力仿真分析

2．1 有限元分析法

2．1．1 有限元分析的思想及主要步骤

2．1．2 仿真分析软件介绍

2．2 钢轨所受支反力的有限元计算

2．2．1 60kg／m钢轨的技术参数

2．2．2 有限元模型的建立

2．2．3 有限元计算工况的设计

2．2．4 单根钢轨的支反力计算结果

2．3 钢轨对座架的作用力分析

2．4 本章小结

3 500m长定尺钢轨铁路运输座架的强度仿真分析

3．1 座架的结构功能概述

3．2 座架的结构力学分析

3．3 座架结构强度的有限元计算

3．3．1 座架的技术参数

3．3．2 模型结构的简化

3．3．3 有限元模型的建立

3．3．4 有限元计算工况的设计

3．3．5 仿真计算结果

3．4 座架的强度分析

3．5 本章小结

4 500m长定尺钢轨铁路运输座架仿真结果的试验验证

4．1 静强度试验

4．1．1 试验原理

4．1．2 试验设备

4．1．3 测点位置

4．1．4 加载工况

4．1．5 测试数据

4．2 试验结果分析

4．3 试验结果与仿真结果的对比分析

4．4 本章小结

5 500m长定尺钢轨铁路运输座架的优化方案及仿真计算

5．1 底梁及底梁中部支座的结构分析

5．2 底梁中部支座的优化方案及仿真计算

5．2．1 增大槽钢型号

5．2．2 焊接槽钢腰部补强板

5．2．3 改进槽钢材质

5．2．4 优化方案对比分析

5．3 本章小结

6 500m长定尺钢轨铁路运输座架强度检测试验中应力折算系数的修正

6．1 应力折算系数的计算原理

6．2 座架所受垂向作用力计算存在的问题

6．3 座架所受垂向作用力计算的改进

6．3．1 钢轨有限元分析的计算工况

6．3．2 钢轨所受支反力的计算结果

6．4 应力折算系数的修正

6．5 本章小结

7 结论与展望

7．1 论文的主要工作及结论

7．2 后续工作与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集