张力补偿装置用涡卷弹簧的研究分析

发布时间：2017-04-29 18:20

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【摘要】：张力补偿装置是铁路接触线在环境温度发生变化时保持其张力恒定的装置,其性能的优劣影响着悬挂线的工作弹性以及线索在空间中的位置状态等,对于减少铁路线索故障以及我国铁路跨越式发展的今天具有重要的意义。对于应用面广,并极具发展潜力的恒张力弹簧补偿器来说,平面涡卷弹簧是此种补偿装置的关键件,高性能的涡卷弹簧可以保证补偿装置的补偿精度和较高的使用寿命。 平面涡卷弹簧在工作时的应力大小、应力分布以及疲劳寿命分析等是一个较为复杂的研究过程,涉及到模拟仿真、试验分析、信息采集、数据整理等方面的工作,具有一定的研究意义。随着有限元分析方法的发展,利用计算机解决此类问题进而成为现实。本文以高性能平面涡卷弹簧为研究对象,涉及到的研究内容包括： 1、对不同类型的涡卷弹簧进行理论研究,认知涡卷弹簧的基本结构和特点,掌握一般非接触形和接触形涡卷弹簧的变形和刚度的计算方法,探讨适用于本文研究对象的理论基础和分析手段。 2、建立平面涡卷弹簧的三维模型,利用ABAQUS有限元软件作为分析工具,对模型进行网格划分、接触设置、载荷施加等。着重对模型的接触情况做出优化,在保证计算收敛的前提下对涡卷弹簧进行静态有限元分析,得出涡卷弹簧整体的应力分布,以及各种工况下模型的应力变化情况。 3、介绍涡卷弹簧测试的方法及目的,由材料的拉伸试验得出涡卷弹簧的弹性模量等性能参数,通过整体测试得出涡卷弹簧的静态应力以及残余应力的分布情况,计算涡卷弹簧的实际工作应力,并将试验数据用于验证有限元分析的可靠性。 4、了解疲劳强度与疲劳寿命方面的理论,掌握影响疲劳强度的因素与提高疲劳强度的方法,对失效断裂的涡簧材料进行断口分析,以涡卷弹簧材料的疲劳试验为基础,对其进行无限和有限寿命设计。 5、对研究内容作出简要总结,展望涡卷弹簧补偿装置的应用空间,并对涡卷弹簧的进一步分析提出建议。
【关键词】：补偿装置 涡卷弹簧 有限元分析 应力测试 疲劳寿命
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH135
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-5
• 目录5-7
• 第一章 绪论7-16
• 1.1 课题的研究背景与来源7-8
• 1.1.1 课题的研究背景7-8
• 1.1.2 课题来源8
• 1.2 接触网补偿装置种类及国内外研究现状8-12
• 1.2.1 补偿装置的种类8-11
• 1.2.2 接触网补偿装置国内外研究现状11-12
• 1.3 课题的研究对象12-14
• 1.4 论文的研究内容14-16
• 第二章 涡卷弹簧设计理论研究及分析方法探讨16-32
• 2.1 平面涡卷弹簧的结构特点及成形工艺16-18
• 2.2 平面涡卷弹簧计算方法探讨18-23
• 2.2.1 曲梁在纯弯曲时的正应力18-22
• 2.2.2 矩形截面曲梁的曲率半径22-23
• 2.3 平面涡卷弹簧的变形和刚度计算公式23-27
• 2.3.1 非接触形平面涡卷弹簧的变形和刚度计算公式23-26
• 2.3.2 接触形平面涡卷弹簧的变形和刚度计算公式26-27
• 2.4 平面涡卷弹簧的设计计算27-30
• 2.4.1 平面涡卷弹簧的基本计算公式27-28
• 2.4.2 接触形平面涡卷弹簧的设计计算28-30
• 2.4.3 平面涡卷弹簧设计中应注意的问题30
• 2.5 平面涡卷弹簧的制造材料和许用应力30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 平面涡卷弹簧的有限元分析32-47
• 3.1 有限元方法32-34
• 3.1.1 有限元方法简介32-33
• 3.1.2 有限元分析基本步骤33-34
• 3.1.3 ABAQUS软件介绍34
• 3.2 有限元模型的建立与选取34-36
• 3.3 平面涡卷弹簧的有限元分析36-43
• 3.3.1 创建部件36-37
• 3.3.2 创建材料和截面属性37-38
• 3.3.3 定义装配体38-39
• 3.3.4 划分网格39-40
• 3.3.5 设置分析步40-41
• 3.3.6 设置相互作用关系41-42
• 3.3.7 定义边界条件及施加载荷42-43
• 3.4 计算结果及分析43-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 平面涡卷弹簧的性能测试47-62
• 4.1 电阻应变片测试方法简介47-48
• 4.2 测试系统基本构成48-49
• 4.3 材料性能测试49-51
• 4.3.1 泊松比与弹性模量的测试49-50
• 4.3.2 屈服强度及抗拉强度测试50-51
• 4.4 静态工作应力测试51-56
• 4.4.1 测点布置及各工况测试51-54
• 4.4.2 数据处理及分析54-56
• 4.5 残余应力测试56-59
• 4.5.1 残余应力的产生极其对涡簧性能的影响56-58
• 4.5.2 残余应力的测试方法及测点分布58-59
• 4.6 涡卷弹簧应力测试结果59-61
• 4.7 本章小结61-62
• 第五章 涡卷弹簧的疲劳寿命设计62-75
• 5.1 疲劳强度概述62-64
• 5.1.1 疲劳的概念和分类62
• 5.1.2 影响疲劳强度的因素62-64
• 5.1.3 提高疲劳强度的方法64
• 5.2 失效分析64-68
• 5.3 涡卷弹簧的高周疲劳68-74
• 5.3.1 51CrV4的疲劳极限68-69
• 5.3.2 涡卷弹簧的持久极限69-71
• 5.3.3 涡卷弹簧的有限寿命设计71-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果81-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘丽;接触网补偿装置的种类与应用[J];电气化铁道;2004年05期

2 王胜;;新型弹簧补偿器在地铁中应用的可行性[J];电气化铁道;2009年01期

3 张建军,段辉,王秀叶;应变电测法及其在摩擦压力机测量中的应用[J];锻压装备与制造技术;2005年03期

4 董世光;近年来国内外非重力式补偿装置的发展现状[J];电气化铁道;1998年02期

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