铁路车辆结构完整性

本书介绍了现代铁路车辆结构服役安全评估的新方法新进展，特别地，在传统工程金属结构安全寿命设计与评估方法的基础上，试图引入基于损伤容限方法的结构完整性思想。全书内容主要包括铁路车辆结构的基本组成与完整性评估方法、车辆结构抗疲劳设计及评估方法、车辆结构强度及动力学性能评估、车辆结构安全寿命评估技术、服役致损结构的寿命评估方法、典型车辆结构（如车轴、车轮、构架、制动盘等）的阶梯疲劳评估流程，以及服役环境下的结构完整性问题。本书可为车辆结构设计及服役评价等领域的研究学者和工程技术人员提供参考，也可以作为铁路职业教育用书，还可作为力学、材料、机械等交叉学科的高校院所研究生和教师授课的参考书。

第1章 绪论 1
1.1 车辆结构的基本组成 1
1.1.1 车体 1
1.1.2 走行部 2
1.1.3 制动装置 4
1.1.4 车端连接装置 5
1.1.5 车辆内部设备 6
1.1.6 其他组成 7
1.2 车辆结构完整性评估方法 7
1.2.1 完整性评估的必要性 8
1.2.2 结构完整性评定规范 9
1.2.3 结构完整性的理论基础 9
1.2.4 结构完整性的工作流程 10
参考文献 13
第2章 车辆结构抗疲劳设计及评估方法 14
2.1 抗疲劳设计方法 14
2.2 无限寿命设计方法 16
2.3 安全寿命设计及理论 17
2.3.1 线性损伤累积准则 18
2.3.2 双线性损伤累积准则 19
2.3.3 非线性损伤累积准则 20
2.4 损伤容限设计方法 23
2.5 耐久性设计方法 24
2.6 可靠性设计方法 25
2.6.1 正态分布模型 25
2.6.2 韦布尔分布模型 26
2.7 阶梯疲劳设计方法 27
2.8 本章小结 29
参考文献 29
第3章 车辆结构强度及动力学性能评估 31
3.1 静强度评估标准 31
3.1.1 车体结构 31
3.1.2 转向架构架 34
3.1.3 轮对结构 37
3.2 疲劳强度评估图的建立 43
3.3 动力学性能评价及其标准 45
3.3.1 运行安全性 45
3.3.2 运行平稳性 48
3.3.3 曲线通过性能 50
3.4 本章小结 50
参考文献 51
第4章 车辆结构安全寿命评估技术 52
4.1 材料的疲劳及描述 52
4.1.1 疲劳现象的本质 52
4.1.2 疲劳载荷的形式 53
4.1.3 疲劳寿命模型 55
4.2 疲劳强度的影响因素 56
4.2.1 材料强度效应 57
4.2.2 平均应力效应 58
4.2.3 表面效应 59
4.2.4 尺寸效应 59
4.2.5 载荷形式 61
4.2.6 环境效应 61
4.3 有限样本的疲劳寿命曲线 62
4.3.1 概率疲劳寿命曲线 62
4.3.2 样本信息聚集原理 63
4.3.3 样本聚集改进方法 66
4.3.4 部件疲劳寿命曲线 67
4.4 典型结构的疲劳寿命分析 68
4.4.1 车轴疲劳寿命估算 68
4.4.2 焊接材料结构 74
4.5 本章小结 79
参考文献 79
第5章 服役致损结构的剩余寿命评估 81
5.1 裂纹扩展唯象模型 81
5.1.1 经典Paris律与NASGRO方程 83
5.1.2 基于单调轴向拉伸的iLAPS模型 86
5.1.3 NASGRO方程与新型iLAPS方程预测 91
5.2 标准K-T图和修正K-T图 97
5.2.1 标准K-T图 97
5.2.2 修正K-T图 99
5.3 基于缺陷三维成像表征的寿命预测 103
5.3.1 缺陷三维成像与表征 104
5.3.2 缺陷特征尺寸的极值统计 105
5.3.3 含缺陷材料的扩展寿命预测 109
5.4 车辆结构的剩余寿命计算 114
5.4.1 危险位置识别与裂纹植入 115
5.4.2 应力强度因子计算方法 116
5.4.3 剩余寿命预测 118
5.5 本章小结 121
参考文献 121
第6章 典型车辆结构的阶梯疲劳评估 124
6.1 动车组车轴的服役行为评估 124
6.1.1 碳钢S38C车轴的结构特征 125
6.1.2 缺陷车轴的建模技术 129
6.1.3 剩余寿命的计算过程 134
6.2 动车组车轮的服役行为评估 138
6.2.1 有限元模型的建立 138
6.2.2 基于名义应力法的寿命评估 140
6.2.3 基于损伤容限法的寿命评估 142
6.2.4 车轮辐板的安全裂纹限界 145
6.3 转向架构架的服役行为评估 146
6.3.1 刚-柔耦合系统动力学模型 147
6.3.2 阶梯疲劳评估的载荷谱 150
6.3.3 考虑动态响应的剩余寿命 152
6.4 制动盘的服役行为评估 158
6.4.1 制动盘的失效行为 158
6.4.2 制动热应力控制方程 159
6.4.3 制动盘热疲劳寿命仿真 165
6.5 本章小节 169
参考文献 169
第7章 服役环境下的结构完整性问题 171
7.1 低温环境对疲劳性能的影响 171
7.1.1 低温对力学性能的影响 171
7.1.2 低温对疲劳寿命的影响 174
7.1.3 低温对疲劳裂纹萌生的影响 175
7.1.4 低温对疲劳裂纹扩展的影响 176
7.2 腐蚀介质对疲劳性能的影响 178
7.2.1 车辆结构的腐蚀疲劳问题 179
7.2.2 腐蚀疲劳裂纹的萌生 184
7.2.3 腐蚀疲劳裂纹的扩展 187
7.3 腐蚀疲劳寿命评估及预测模型 188
7.3.1 基于断裂力学的腐蚀疲劳寿命评估 189
7.3.2 基于损伤力学的腐蚀疲劳寿命评估 197
7.3.3 基于数据驱动的腐蚀疲劳寿命评估 201
7.4 本章小结 205
参考文献 206