机辆强度与动力学思考题剖析.docx

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机辆强度与动力学思考题剖析

车辆结构强度简答题

1研究车辆强度要解决哪几个问题？

1.查明车辆在运用中受力的大小、种类、及其组合；

2.计算在各种受力状态下车辆各部分的应力和变形；

3.确定车辆在一定的使用寿命下的刚度和强度标准。

1.客车强度评定中为何可以不考虑第二工况组合？

第一工况：

指列车高速运行时变速和制动时的工况。

第二工况：

指货车进行调车作业时的情况。

客车无调车作业，故客车强度评定中可不考虑第二工况组合。

2.在第一工况中要考虑几种形式的载荷？

各是多少？

纵向力+垂向总载+侧向力+扭转+侧压力（内压力）

货车：

纵向拉伸1125KN或压缩1400KN

　　客车：

纵向拉伸980KN或压缩1180KN

3.对于机车转向架的各个零部件是否可使用同一个动荷系数来计算动载荷？

不可以，不同零件计算动载荷所用动荷系数是不同的。

4.什么是转向架的回转中心？

回转中心点到心盘的水平距离是否有等于零的时候？

它一般在哪个范围内变化？

转向架在曲线上的运动分为两部分：

沿转向架纵向中心线方向的移动（车轮纯滚动）和绕着某一点C的转动（车轮沿轨面滑动）。

C点就称为回转中心。

弦形位置时回转中心到心盘的水平距离为零。

一般在0到eR/l内变化。

5.垂向斜对称载荷产生的原因是什么？

所有的转向架都可能出现吗？

在垂向静载荷的作用下，因为线路及转向架结构本身存在的缺陷（弹簧高度，刚度误差，局部磨耗）等原因引起四个轴箱反力不等而造成的载荷。

仅产生在具有刚性构架的转向架上。

6.转向架在曲线上的有几种可能位置?

三种；弦形位置，最大倾斜位置，中间位置

7.车辆强度试验有什么意义？

鉴定车辆及其零部件的强度，刚度和稳定性,通过强度试验，计算、检查被测车辆强度是否合格，验证车辆的设计是否符合实际生产要求，是否需要改进，进而增加车辆的安全性及稳定性。

8.什么是电测法？

将金属丝等制成的电阻应变片贴在构件待测应变处，当构件受力变形时，金属丝亦随之伸缩，因而其电阻也随之改变。

电阻改变量与金属丝的线应变之间存在一定的关系。

通过电阻应变仪将电阻改变量测出，进而可得到构件所测部位的应变。

9.电测法测出来的是什么物理量？

1个ε等于多少个

？

应变，1ε=10^6

10.电测法中读取的应变值是从什么电量转换过来的？

电阻

11.电测法中绝缘值最低不得小于多少MΩ？

50

12.脆漆法有何主要作用？

脆性漆法（brittlelacquermethod）是一种模拟断裂系统和应力状态的实验方法。

由于物体表面脆性涂层受力，裂纹首先出现于高应力部位，而后向低应力部位扩展，可直接模拟断裂系统的形成过程，并根据裂纹的分布判断主应力的方向和相对大小。

此方法不仅直观、易于拍照研究，而且设备简单、经济、易行。

主要缺点是影响因素多、精度不高，但一般可满足构造模拟需要。

13.三向应片花有哪两种常用形式？

丝式应变花或箔式应变花。

直角形应变化（

）、等边三角形应变化（

）、Y形应变花

、扇形应变花（

）、伞形应变花（

）。

14.什么情况下可只用单向应变片？

只有一个方向的力时

15.研究车体的运动时，要考虑哪六个自由度？

X：

伸缩运动，侧滚运动；　　　　　　　　　　　　　

Y：

横摆运动，点头运动；　　　　　　　　　　　　　

Z：

浮沉运动，摇头运动。

16.sperling平稳性指数主要考虑哪些因素？

在我国分为哪几个等级？

因素：

①位移对时间的三次导数；②振动时的动能大小。

分为三个等级：

一级——优；二级——良好；三级——合格

17.对车辆的运行稳定性的评价有何意义？

有哪些评价指标?

意义：

车辆稳定性是行车安全的一重要保证，为了让人们的出行更加的安全、便捷，所以对于车辆稳定性的研究不断进步，这样不但能够减少甚至避免交通事故。

另一方面通过对车辆整体的纵向稳定性和横向稳定性在不同情况时能够更好的保证汽车的稳定

指标：

sperling平稳性指标；最大加速度平稳性指标；ISO标准；动荷系数；

18.轨道不平顺有哪几种类型？

每种类型的具体意义是什么？

（1）水平不平顺：

在直线区段，铁路两股钢轨顶面不可能保持完全水平，而有一定的偏差，这个偏差称为水平不平顺。

（2）轨距不平顺：

铁路实际轨距与名义轨距之间有一定的偏差，称为轨距不平顺。

（3）高低不平顺：

轨道中心线上下的不平顺称为高低不平顺。

（4）方向不平顺：

实际轨道中心线与理想轨道中心线的左右偏差称为方向不平顺

19.车轮与钢轨的接触状态有那两种？

车轮与钢轨的接触状态有两种：

（1）一点接触车轮踏面与钢轨顶面的接触状态；

（2）二点接触车轮踏面和轮缘与钢轨顶面和侧面同时接触。

20.重力刚度和重力角刚度和有什么物理意义？

它们与什么有关？

（1）轮对重力刚度

当轮对自其对中位置向右横移时，左右钢轨给予轮对的法向力

就不相同，其法向力的横向分力也不相同，作用在两个车轮上的

合成横向力有使轮对恢复到对中位置的作用，称为横向复原力，

是由重力作用产生的。

作用在左轮的横向力

作用在右轮的横向力

横向复原力

、轮轨接触角

、轮对侧滚角

重力刚度：

横向复原力与轮对横移量之比

1.一般情况下不是一个常数；

2.当车轮为新旋制成的锥形踏面轮对时，可认为是线性的

3.非锥形踏面轮对的横向重力角刚度应根据具体的接触角，侧滚角、横移量和作用于轮对上的载荷求出。

（2）轮对重力角刚度

当轮对有横移量y时且有摇头角时，作用在左右车轮上的轨道横

向力将对轮对产生一个力矩

轮对的摇头角越大，该力距也越大。

摇头重力角刚度：

摇头力矩与摇头角之比。

21.蠕滑力与蠕滑率有何不同？

蠕滑：

当轮对沿钢轨滚动并自正中位置横移或偏转时，轮轨间在纵向、横向和垂直于接触平面的回转方向产生相对位移。

这种相对位移称为蠕滑，属于弹性滑动，是介于纯滚动和纯滑动之间的一种中间形式。

蠕滑的程度用蠕滑率表示：

蠕滑现象引起轮轨间的纵向和横向蠕滑力，其大小为蠕滑率的函数,如图所示。

蠕滑率较小时,蠕滑力与蠕滑率呈线性关系，其比例系数称为蠕滑系数。

由滚动体弹性接触理论可以确定蠕滑系数的值，它与正压力、弹性模量、泊松比、接触半径有关。

蠕滑率较大时，蠕滑力与蠕滑率的关系是非线性的，其极限值为摩擦力。

理论上计算得到的蠕滑系数适用于接触面完全洁净的条件，实际上轮轨表面常有异物，蠕滑系数只有理论值的一半左右。

作用于轮轨接触面的蠕滑力和重力在接触面内的分力，对机车车辆横向运动有重要的影响。

22.按照carter的对蠕滑的定义，蠕滑率是怎样计算的？

由carter定义的纵向蠕滑率和横向蠕滑率分别为

＝　车轮的实际前进速度－纯滚动时的前进速度

　　　　　　　　由车轮纯滚动产生的前进速度

＝车轮实际横向速度－纯滚动时的横向速度

　　　　　　由车轮纯滚动产生的前进速度

23.蠕滑系数与什么因数有关？

蠕滑系数与很多因素有关，如轮轨接触斑处的轮、轨主曲率、材料特性E、G、E及泊松比、接触表面的粗糙度及清洁度等。

24.研究车辆强度要解决哪三个问题？

1.查明车辆在运用中受力的大小、种类、及其组合；

2.计算在各种受力状态下车辆各部分的应力和变形；

3.确定车辆在一定的使用寿命下的刚度和强度标准。

25.如果在对称结构上有非对称种载荷是否可以利用对称性求解？

可以，把任一个载荷都等效分解为一正对称载荷和一反对称载荷。

因为对称结构在正对称载荷作用下，内力和位移都是正对称的，在反对称载荷作用下内力和位移都是反对称的，这样就可以分别求解。

26.把构架看成一个刚体，它会有几个自由度？

六个自由度

27.空间桁架单元位移与平面梁单元的位移有何异同？

平面桁元单元位移列阵的阶数为6阶

空间梁元单元位移列阵的阶数为12阶

28.单元分析的任务是什么？

形成一个由有限个单元组成的组合体以代替原来的连续体结构

A.不同结构采用不同位移函数

B.采用结点位移描述单元特性

C.用结点位移作为未知数表达结构的变形和应力状态

D.结点位移、广义位移、线位移和角位移

E.结构受力—单元产生内力和变形—若已知杆端位移和力—求出单元的位移和内力。

29.整体分析和单元分析有何不同？

整体分析是以所有结点为研究对象

1.利用结点处的变形谐调和结点力的平衡条件建立各个结点处的平衡方程式。

2.利用单元的结点力与结点位移的转换关系，将各个单元的结点力用结点位移来表示。

从而得到整个结构的结点载荷列矩阵和整个结构结点位移列矩阵之间的关系式。

30.整体分析需要利用什么条件？

1.汇交于某一节点的所有单元，在汇交点的位移应该完全相等。

称之为变形谐调条件（或位移连续条件）

2.在任一结点上的外力英语各相关单元给该点的作用力相平衡，即结点上满足力的平衡条件。

31.平面梁单元刚度矩阵中的元素的单位是否相同？

为什么？

不同。

因为这些元素是用结点的广义位移，而广义位移可以用线位移和角位移表示，所以单位不同

31.位移函数的作用是什么？

求解弹性力学的空间问题，求解无限体、半无限体和厚板等问题。

32.下示图中，应怎样划分单元？

33.为什么要进行坐标变换？

在单元坐标系下建立单刚矩阵是方便易行的；只能在整体坐标系或结构坐标系上才能组合各个刚体矩阵。

34.怎样从空间刚架单元的坐标变换式得到平面梁单元结点位移坐标变换式？

试写出其结果。

35.

若

试证明

36.试证

37.结构刚度矩阵的奇异性有何数学意义和力学意义？

结构刚度矩阵的奇异性在数学上的意义是结构刚度矩阵为奇异矩阵，具体表现为该奇异矩阵的行列式的值为0,且不存在逆矩阵；在力学上的意义是：

该结构刚度矩阵无边界条件的限制，其刚体位移是任意的，所以不能够由力列向量反求位移列向量。

刚度矩阵的奇异性会导致有限元计算结果不真确或有限元计算结果不收敛，适当的加入边界条件就能消除刚度阵的奇异性。

38.如果一个子块的阶数是两阶，那么它对应的单元属哪种类型？

39.约束处理有几种方法，各有什么特点？

1.消行消列法特点：

需要消行消列，刚度矩阵的行与列要重新排序，比较麻烦。

2.置大数法特点：

该方法是一种近似计算，容易产生误差。

3.置一法特点：

计算精度高，使用较为广泛。

40.对结构刚度方程组进行约束处理的数学意义和力学意义是什么？

数学意义：

消除奇异性；力学意义：

限定一种平衡状态

41.结点载荷和非结点载荷有何差别？

试用矩阵形式写出一个有非结点载荷的结点载荷列阵。

答：

结点载荷作用在结点上，非结点载荷不作用在结点上

42.有限元法解题的步骤有哪些？

1.结构离散：

将结构假想分割成有限个简单形状的单元，单元之间仅用结点连结.

2.单元分析：

形成一个由有限个单元组成的组合体以代替原来的连续体结构

3.整体分析：

根据结点的变形谐调和平衡条件，将这些单元重新组合在一起.建立一组以结点位移为未知量，反映整个结构的力学特性的线性方程组。

然后求解方程组得到结点的位

43.一般来说，等效斜度一定是常数？

当轮轨接触点在直线范围内时该值是常数，如超出直线范围段时是随Yw变化而变化的一个量

44.什么是重力刚度？

什么是重力角刚度？

它们与蠕滑力有关吗？

重力刚度：

横向复原力与轮对横移量之比；重力角刚度：

摇头力矩与摇头角之比；无关

45.在有弹性定位的转向架中，轮对的蛇行运动频率与速度有

　　　　关，是否构架的自振频率也一定与速度有关?

有关；对于n个自由度的自激振动系统，就车辆来说，只要轮对在钢轨上滚动，自激振动就此产生。

在一个速度下，就有一组（n对）特征值，每对特征值表征一种振动的特性（阻尼和频率）。

所以运动着的车辆，它可以有无数个振动工况。

46.蠕滑力为何总是与蠕滑率的方向相反?

蠕滑力是由两个相互接触的弹性体在其接触斑内的应变不同引起的。

当两弹性体有相对运动或相对运动趋势时，在接触斑平面内的应变由切向力T（TX，TY）来体现，这个切向力就称为蠕滑力。

47.自由轮对与刚性转向架相比哪一个蛇行运动的波长大？

轮对定位刚度趋于无穷大的刚性转向架，其蛇行运动波长为最大值；轮对定位刚度趋于零的自由轮对，其蛇行运动波长为最小值；实际上这两种结构均不存在，具有一定轮对定位刚度的转向架，它的蛇行运动的波长应在这两者之间，即

48.自由轮对与刚性转向架相比哪一个蛇行运动的频率大？

　刚性转向架的蛇行运动频率

最低；自由轮对的蛇行运动频率

最高；　具有一定轮对定位刚度的转向架，它的蛇行运动的频率应在这两者之间，即

<

　<

49什么是蛇行运动？

蛇形运动是铁路机车车辆固有的运动，就像蛇弯曲前进时候的运动。

这种运动如果控制在一定的范围内对铁路车辆的运行有导向的作用，但是这种运动一旦失去控制的话就是使得车辆转向架和车体发生剧烈振动，严重影响车辆的乘坐舒适性和安全性，所以要对蛇形运动进行控制，一般低速车辆靠二系旁承的摩擦力来抑制蛇形运动（如货车和低速客车），高速车一般要加装抗蛇行减震器，一套抗蛇行减震器不够的话还有加两套。

51、对刚性转向架而言，其共轭特征根的实部取何值时，系统才是稳定的？

取何值时才可能不稳定？

实部＜0，系统稳定；实部＞0，系统不稳定

52、对弹性转向架而言，哪个参数对它的蛇行运动临界速度影响最大？

轮对的纵向定位刚度和横向定位刚度

53、什么是稳态运动？

什么是准稳态运动？

稳态运动指系统在受到小的干扰后可以自发恢复的均衡系统状态。

54、纯滚线是什么？

轮对中心线所走过的轨迹在轨道平面上的垂直投影

55、蠕滑力矩与有关，其中的含义各是什么？

y*是轮对横摆（相对于纯滚线的位置），y是轮对相对于线路中心线的横向位移，y0是纯滚线距线路中心线间的距离

56.什么是径向转向架？

在铁路曲线上运行时，轮对中心线处于曲线半径的转向架。

57.什么是随机过程？

什么是随机变量？

随机过程是一连串随机事件动态关系的定量描述。

随机变量是表示随机试验各种结果的实值单值函数。

58.对随机振动过程特性的描述主要采用哪两个域？

幅值域、频域

59.当随机变量是振动的位移时，其谱密度的单位是什么？

单位：

m^2*s

60.自相关函数取值的大小与τ的取值有何关系？

当τ＝0时，自相关函数具有最大值，且等于信号的均方值，若随机信号不含周期成分，当τ趋于无穷大时，趋于信号平均值的平方。

61.双边功率谱与单边功率谱有何等量关系？

“双边”的密度总是“单边”的一半！

单边功率谱适于基带分析在基带中是0中频，所以对于负频率中的另一半功率谱就不用考虑了但是如果信号通过了调制将原中频搬移到了高频段如此的话原来的负频部分就成了正频。

单边功率谱：

双边功率谱

　上式中的

称为双边功率谱。

　Wx（f）称为单边功率谱

　　　　　　　Wx（f）

　　　　　　　　　　　　　　ω　　　　　　　　　　　　　　f

ω　　　　　ω

两种功率谱的关系式为

2

dω=Wx（f）df

而f=ω/2πdf=dω/2π

所以，有Wx（f）＝4π

62.频率响应函数H（ω）的定义是什么？

简称频响函数。

为互功率谱函数除以自功率谱函数得到的商。

频响函数是复函数，它是被测系统的动力学特征在频域范围的描述，也就是被测系统本身对输入信号在频域中传递特性的描述。

频响函数对结构的动力特性测试具有特殊重要的意义。

H（ω）的定义：

该函数的模等于输出与输入的振幅比，虚部与实部之比等于相角的正切。

即

　　　　H（ω）＝A（ω）－jB（ω）

注意：

输出量并不一定就是振幅，是广义的幅值。