跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(216.73.217.165) 您好!臺灣時間:2026/05/18 02:09
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:羅正展
研究生(外文):Cheng-Chan Lo
論文名稱:輕軌車轉向架結構疲勞分析
論文名稱(外文):Fatigue Analysis for the Bogie of a Light Rail Vehicle
指導教授:劉永生劉永生引用關係
指導教授(外文):Yung-Sheng Liu
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:機械工程學所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:轉向架疲勞
外文關鍵詞:bogiefatigue
相關次數:
  • 被引用被引用:4
  • 點閱點閱:789
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本論文主旨在研究輕軌車轉向架結構的疲勞壽命,探討在列車行駛中,因軌道不平整以及動態負荷情況下,評估轉向架結構之疲勞壽命。本研究運用動力學原理分析軌道車輛結構之機構運動,尤其是在列車行駛中,當軌道不平整時,車體結構受到往復外力影響,使得結構承受不等之應力大小。再者,本研究進一步利用有限元素法計算轉向架結構的應力分佈,然後依時間所產生的應力分佈情況,利用模態疊加法計算評估結構之疲勞壽命。

本研究將所推導出的輕軌車機構運動及其轉向架應力分佈與疲勞壽命評估法,運用相關軟體平台進行模擬與驗證。首先,在MSC.Patran環境下建立輕軌車轉向架之三維電腦模型,然後以有限元素軟體MSC.Nastran進行模態應力分析,產生各模態之頻率值,緊接著以ADAMS/rail分析軌道車輛結構在各種正弦曲線與隨機軌道不平整形態下的動態應力情況。這能暸解結構依軌道不整所產生之應力模態比例值,此模態比例值與模態頻率值將作為MSC.Fatigue分析結構疲勞壽命的主要依據。

本研究在車輛結構承受各種軌道不平整形態時,從分析過程中發現較規則性正弦曲線的車輛結構疲勞壽命較長,承受隨機不平整軌道的車輛結構疲勞壽命較短。而改善因隨機不平整軌道造成結構疲勞壽命縮短的方法,可以在結構上加強結構本身強度與使用較大極限抗拉強度的材料。這使得車輛結構疲勞壽命能達到符合所需求之壽命。
In this thesis, the structural fatigue of a LRV (Light Rail Vehicle) bogie will be analyzed based on CAE (Computer Aided Engineering) technology. Improving the bogie strength by using higher tensile strength material is also discussed. The analyzing procedures include:
(a) dynamic modeling of the LRV running with track irregularity;
(b) computing the variable loads applied on the bogie based on the track irregularity;
(c) evaluating the stress distribution due to the variable loads and modal analysis of the bogie by using of FEM (Finite Element Method);
(d) adopting the variable stress and modal superposition to estimate fatigue life of the bogie structure.
The algorithm and corresponding computer software used will be described briefly as follows. First, a 3D solid model of the bogie of LRV is to be generated by MSC.Patran��. Then, the 3D model is employed to generate nodes and meshes for FEM modal analysis by MSC.Nastran��. Also, the dynamic loading and variable stress of the bogie will be analyzed by modeling the LRV running on either sine curve or random irregularity track with the using of ADAMS/rail��. Finally, the modal proportion values and frequency of the stresses obtained prior are employed as input for bogie fatigue life analysis by MSC.Fatigue��.
The results of this study demonstrate that the irregularity of track is a sensitive criterion on bogie fatigue life. The bogie has longer life with LRV running on regular sine curve track and shorter life with running on random irregular track. Also, adopting high tensile strength material is a method for improving the fatigue life of bogie.
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 軟體簡介與研究方法 2
1.4 文獻回顧 3
第二章 相關理論介紹 7
2.1 有限元素法 7
2.1.1有限元素法之理論 7
2.1.2 平面結構特性 8
2.1.3四邊形平面元素 10
2.2 ADAMS/Flex柔性體理論 12
2.2.1模態疊加合成理論 13
2.2.2運動方程式 14
2.2.3運動微分方程式 15
第三章 整車模型之建立 18
3.1 台灣輕軌車基本架構 18
3.1.1 輕軌車整體尺寸 18
3.1.2 轉向架架構與懸吊系統參數 19
3.2 建模流程 22
3.3 轉向架柔性體模型建立 25
3.3.1 轉向架有限元素模型的建立 25
3.3.2 連接點 27
3.3.3 模態中性檔(Modal Neutral File) 29
3.4 ADAMS/Rail含柔性體整車模型 32
3.4.1生成柔性體轉向架 32
3.4.2 施加約束 33
3.4.3 柔性轉向架整車模型組裝 34
3.5 ADAMS/Rail不平整軌道模組 35
第四章 分析結果與討論 39
4.1 動力分析 39
4.2 疲勞壽命分析 41
4.2.1載荷歷程 41
4.2.2 材料性質 43
4.2.3 動力轉向架疲勞壽命 44
4.2.4 無動力轉向架疲勞壽命 52
4.3 結果探討與修正 67
第五章 結論 72
5.1 結果討論 72
5.2 未來展望 73
參考文獻 74
[1] Miner M. A. “Cumulative damage in fatigue.” Journal of Applied Mechanics, Vol 12, pp.159-164, 1945.
[2] Palmgren A. “Die Lebensdauer von Kugellagern.” Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure, Vol 68, pp.339-341, 1924.
[3] Coffin L. F. “A study of the effects of cyclic thermal stresses on a ductile metal.” Transactions of the American society of Mechanical Engineers, Vol 76, pp.931-950, 1954.
[4] Manson S. S. “Behaviour of materials under condition of thermal stress.” NACA TN-2933, 1954.
[5] Stefan Dietz. “Fatigue Life Prediction of a Railway Bogie under Dynamic Loads through Simulation.” Vehicle System Dynamics. Vol 29. pp.385-402,1998.
[6] R.K. LUO,B.L. GABBITAS, B.V. BRICKLE. ”Dynamic stress analysis of an open-shaped railway bogie frame.” Engineering failure analysis, vol.3, No.1, pp.53-64, 1996.
[7] P. J. Laz and B. M. Hillberry. “Fatigue life prediction from inclusion initiated cracks.” Int. J. Fatigue vol. 20, No. 4. pp.263-270. 1998.
[8] 全湘偉. “軌道車輛轉向架結構靜力與動力反應及破壞分析模式之建立及探討.” 機械月刊第二十四卷第八期. 一九九八年八月.
[9] S. C. Kerr, D. L. Russell. “FE-based Wheel Fatigue Analysis Using MSC.FATIGUE.” 1st MSC.Worldwide Automotive Conference, Munich, Germany September 20-22, 1999.
[10] 王總守. “電聯車轉向架設計、安裝及靜態/疲勞強度測試之探討.” 機械月刊第二十五卷第六期. 一九九九年六月.
[11] Bemd llzhofer, Ottmar Muller. “ Shape Optimization Based on Parameters from Lifetime Prediction.” NAFEMS Seminar Fatigue Analysis. November 8-9, 2000.
[12] Vladimir V. Ogarevic, Jon Aldred. “An implementation of low-cycle multiaxial fatigue methods.” European Conference on Computational Mechanics. June 26-29, 2001.
[13] H. Riener, M. Prandstotter. “Conrod simulation : integration of EHD - MBS - FE – Fatigue.” ADAMS Users Conference 2001. November 14-15, 2001.
[14] Terrance W. Ewanochko, “Integrated durability analysis using ANSYS, ADAMS and FE-Fatigue.” 16th European Mechanical Dynamics User Conference.
[15] Jurgen Rudolph. “Concept-conforming Modelling and Analysis of Welded Pressure Vessel Components in the Context Approaches to Design against Fatigue.” 19th CAD-FEM Users Meeting 2001.
[16] Hiroyuki Terada. “Structural fatigue and joint degradation.” International Journal of Fatigue 23 (2001) S21-S30.
[17] 王成國. “新型高速客車構架的疲勞壽命數值仿真分析.” 中國鐵道科學. Vol. 22. No. 3. June, 2001.
[18] D.Peiskammer, “Simulation of motor components : Integration of EHD-MBS-FE-Fatigue.” ADAMS User Conference 2002 - North America.
[19] Dr.Jurgen Sauter. “Structural Optimization – Integration and Gaps in Workflows of Numerical Simulation Processes.” NAFEMS Seminar. November 17-18, 2003.
[20] Shinichi Chiba. “Fatigue Strength Prediction of Truck Cab by CAE.” TECHNICAL PAPERS. No. 15, 2003.
[21] 陳建良. “鐵路客車車廂結構體之應力與疲勞壽命分析.” 國立中央大學機械工程研究所碩士論文. 2000.
[22] 鄭凱濃. “累積損傷與可靠度分析於金屬疲勞裂縫成長之應用.” 國立台灣大學機械工程研究所碩士論文.2002.
[23] 郭承憲. “機車系統動態模擬及耐久性分析.” 國防大學中正理工學院兵器系統工程研究所碩士論文.2002.
[24] 仲成侮. “軌道車輛在不同行駛條件的動態行為.” 國立台北科技大學車輛工程研究所碩士論文. 2003.
[25] 高旻聖. “輕軌車動態模擬與分析.” 逢甲大學機械工程研究所碩士班.2003.
[26] 王柏村. “電腦輔助工程分析之實務與應用.” 全華科技圖書股份有限公司. 2001.
[27] 李軍. “ADAMS實例教程.” 北京理工大學出版社.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top