機輛強度與動力學思考題教材

1、車輛結(jié)構(gòu)強度簡答題1 研究車輛強度要解決哪幾個問題？1. 查明車輛在運用中受力的大小、種類、及其組合；2. 計算在各種受力狀態(tài)下車輛各部分的應(yīng)力和變形；3. 確定車輛在一定的使用壽命下的剛度和強度標準。1. 客車強度評定中為何可以不考慮第二工況組合？ 第一工況：指列車高速運行時變速和制動時的工況。 第二工況：指貨車進行調(diào)車作業(yè)時的情況。 客車無調(diào)車作業(yè)，故客車強度評定中可不考慮第二工況組 合。2. 在第一工況中要考慮幾種形式的載荷？各是多少？ 縱向力 +垂向總載 + 側(cè)向力 +扭轉(zhuǎn) +側(cè)壓力 （內(nèi)壓力 ） 貨車：縱向拉伸 1125KN或壓縮 1400KN 客車：縱向拉伸 980KN或壓縮 11

2、80KN3. 對于機車轉(zhuǎn)向架的各個零部件是否可使用同一個動荷系數(shù)來 計算動載荷？ 不可以，不同零件計算動載荷所用動荷系數(shù)是不同的。4. 什么是轉(zhuǎn)向架的回轉(zhuǎn)中心？回轉(zhuǎn)中心點到心盤的水平距離是 否有等于零的時候？它一般在哪個范圍內(nèi)變化？ 轉(zhuǎn)向架在曲線上的運動分為兩部分： 沿轉(zhuǎn)向架縱向中心線方 向的移動（車輪純滾動）和繞著某一點 C 的轉(zhuǎn)動（車輪沿軌 面滑動）。C點就稱為回轉(zhuǎn)中心。 弦形位置時回轉(zhuǎn)中心到心盤 的水平距離為零。一般在 0到 eR/l內(nèi)變化。5. 垂向斜對稱載荷產(chǎn)生的原因是什么？所有的轉(zhuǎn)向架都可能出 現(xiàn)嗎？在垂向靜載荷的作用下， 因為線路及轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)本身存在的缺 陷（彈簧高度，剛度 誤差

3、，局部磨耗）等原因引起四個軸箱 反力不等而造成的載荷。 僅產(chǎn)生在具有剛性構(gòu)架的轉(zhuǎn)向架上。6. 轉(zhuǎn)向架在曲線上的有幾種可能位置 ? 三種；弦形位置，最大傾斜位置，中間位置7. 車輛強度試驗有什么意義？ 鑒定車輛及其零部件的強度， 剛度和穩(wěn)定性 , 通過強度試驗， 計算、檢查被測車輛強度是否合格，驗證車輛的設(shè)計是否符 合實際生產(chǎn)要求，是否需要改進，進而增加車輛的安全性及 穩(wěn)定性。8. 什么是電測法？將金屬絲等制成的電阻應(yīng)變片貼在構(gòu)件待測應(yīng)變處，當構(gòu) 件受力變形時，金屬絲亦隨之伸縮，因而其電阻也隨之改 變。電阻改變量與金屬絲的線應(yīng)變之間存在一定的關(guān)系。 通過電阻應(yīng)變儀將電阻改變量測出，進而可得到構(gòu)件

4、所測 部位的應(yīng)變。9. 電測法測出來的是什么物理量？ 1 個等于多少個 ？應(yīng)變， 1 =10610. 電測法中讀取的應(yīng)變值是從什么電量轉(zhuǎn)換過來的？電阻11. 電測法中絕緣值最低不得小于多少 M？5012. 脆漆法有何主要作用？脆性漆法（ brittle lacquer method ）是一種模擬斷裂系統(tǒng) 和應(yīng)力狀態(tài)的實驗方法。由于物體表面脆性涂層受力，裂紋 首先出現(xiàn)于高應(yīng)力部位，而后向低應(yīng)力部位擴展，可直接模 擬斷裂系統(tǒng)的形成過程，并根據(jù)裂紋的分布判斷主應(yīng)力的方 向和相對大小。此方法不僅直觀、易于拍照研究，而且設(shè)備 簡單、經(jīng)濟、易行。主要缺點是影響因素多、精度不高，但 一般可滿足構(gòu)造模擬需要。

5、13. 三向應(yīng)片花有哪兩種常用形式？ 絲式應(yīng)變花或箔式應(yīng)變花。直角形應(yīng)變化（ 45 -3 ）、等邊 三角形應(yīng)變化（ 60 -3 ）、Y 形應(yīng)變花（120 -3）、扇形應(yīng)變花 （ 45 - 4 ）、傘形應(yīng)變花（ 60 -90 -4 ）。14. 什么情況下可只用單向應(yīng)變片？只有一個方向的力時15. 研究車體的運動時，要考慮哪六個自由度？X：伸縮運動，側(cè)滾運動；Y：橫擺運動，點頭運動；Z：浮沉運動，搖頭運動。x,y,z,x ,y ,z16. sperling 平穩(wěn)性指數(shù)主要考慮哪些因素？在我國分為哪幾 個等級？ 因素：位移對時間的三次導(dǎo)數(shù)；振動時的動能大小。 分為三個等級：一級優(yōu)；二級良好；三級合格

6、17. 對車輛的運行穩(wěn)定性的評價有何意義？有哪些評價指標 ? 意義： 車輛穩(wěn)定性是行車安全的一重要保證，為了讓人們的 出行更加的安全、便捷，所以對于車輛穩(wěn)定性的研究不斷進 步，這樣不但能夠減少甚至避免交通事故。另一方面通過對 車輛整體的縱向穩(wěn)定性和橫向穩(wěn)定性在不同情況時能夠更好 的保證汽車的穩(wěn)定指標： sperling 平穩(wěn)性指標；最大加速度平穩(wěn)性指標； ISO 標準；動荷系數(shù)；18. 軌道不平順有哪幾種類型？每種類型的具體意義是什么？ （1）水平不平順 ：在直線區(qū)段，鐵路兩股鋼軌頂面不可能 保持完全水平，而有一定的偏差，這個偏差稱為水平不平順。 （ 2）軌距不平順 ：鐵路實際軌距與名義軌距之

7、間有一定的 偏差，稱為軌距不平順。（ 3）高低不平順 ：軌道中心線上下的不平順稱為高低不平 順。（ 4）方向不平順 ：實際軌道中心線與理想軌道中心線的左 右偏差稱為方向不平順19. 車輪與鋼軌的接觸狀態(tài)有那兩種？ 車輪與鋼軌的接觸狀態(tài)有兩種： （1）一點接觸 車輪踏面與鋼軌頂面的接觸狀態(tài)； （ 2）二點接觸 車輪踏面和輪緣與鋼軌頂面和側(cè)面同時接觸。20. 重力剛度和重力角剛度和有什么物理意義？它們與什么有 關(guān)？（1）輪對重力剛度 當輪對自其對中位置向右橫移時， 左右鋼軌給予輪對的法向力 就不相同，其法向力的橫向分力也不相同，作用在兩個車 輪上的 合成橫向力有使輪對恢復(fù)到對中位置的作用，稱為橫向

8、復(fù) 原力，是由重力作用產(chǎn)生的。作用在左輪的橫向力FL Wtg( L )2作用在右輪的橫向力FR W tg( R )2橫向復(fù)原力、輪軌接觸角FR- FLW2 tg( R2) tg( L )、輪對側(cè)滾角重力剛度：橫向復(fù)原力與輪對橫移量之比1. 一般情況下不是一個常數(shù)；2. 當車輪為新旋制成的錐形踏面輪對時，可認為是線性的3. 非錐形踏面輪對的橫向重力角剛度應(yīng)根據(jù)具體的接觸 角，側(cè)滾角、橫移量和作用于輪對上的載荷求出。(2)輪對重力角剛度 當輪對有橫移量 y 時且有搖頭角時，作用在左右車輪上的 軌道橫向力將對輪對產(chǎn)生一個力矩 M g輪對的搖頭角越大，該力距也越大。搖頭重力角剛度：搖頭力矩與搖頭角之比

9、。21. 蠕滑力與蠕滑率有何不同？ 蠕滑：當輪對沿鋼軌滾動并自正中位置橫移或偏轉(zhuǎn)時，輪軌 間在縱向、 橫向和垂直于接觸平面的回轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生相對位移。 這種相對位移稱為蠕滑，屬于彈性滑動，是介于純滾動和純 滑動之間的一種中間形式。蠕滑的程度用蠕滑率表示：蠕滑 現(xiàn)象引起輪軌間的縱向和橫向蠕滑力，其大小為蠕滑率的函 數(shù), 如圖所示。蠕滑率較小時 ,蠕滑力與蠕滑率呈線性關(guān)系， 其比例系數(shù)稱為蠕滑系數(shù)。由滾動體彈性接觸理論可以確定 蠕滑系數(shù)的值，它與正壓力、彈性模量、泊松比、接觸半徑 有關(guān)。蠕滑率較大時，蠕滑力與蠕滑率的關(guān)系是非線性的， 其極限值為摩擦力。理論上計算得到的蠕滑系數(shù)適用于接觸 面完全潔凈的條

10、件，實際上輪軌表面常有異物，蠕滑系數(shù)只 有理論值的一半左右。作用于輪軌接觸面的蠕滑力和重力在 接觸面內(nèi)的分力，對機車車輛橫向運動有重要的影響。22. 按照 carter 的對蠕滑的定義，蠕滑率是怎樣計算的？ 由 carter 定義的縱向蠕滑率和橫向蠕滑率分別為 vx 車輪的實際前進速度純滾動時的前進速度由車輪純滾動產(chǎn)生的前進速度vy 車輪實際橫向速度純滾動時的橫向速度由車輪純滾動產(chǎn)生的前進速度23. 蠕滑系數(shù)與什么因數(shù)有關(guān)？ 蠕滑系數(shù)與很多因素有關(guān)，如輪軌接觸斑處的輪、軌主曲率、 材料特性 E、G、E 及泊松比、接觸表面的粗糙度及清潔度等。24. 研究車輛強度要解決哪三個問題？1. 查明車輛在

11、運用中受力的大小、種類、及其組合；2. 計算在各種受力狀態(tài)下車輛各部分的應(yīng)力和變形；3. 確定車輛在一定的使用壽命下的剛度和強度標準。25. 如果在對稱結(jié)構(gòu)上有非對稱種載荷是否可以利用對稱性求 解？ 可以，把任一個載荷都等效分解為一正對稱載荷和一反對稱 載荷。因為對稱結(jié)構(gòu)在正對稱載荷作用下，內(nèi)力和位移都是 正對稱的，在反對稱載荷作用下內(nèi)力和位移都是反對稱的， 這樣就可以分別求解。26. 把構(gòu)架看成一個剛體，它會有幾個自由度？ 六個自由度27. 空間桁架單元位移與平面梁單元的位移有何異同？ 平面桁元單元位移列陣的階數(shù)為 6 階 空間梁元單元位移列陣的階數(shù)為 12 階28. 單元分析的任務(wù)是什么？

12、 形成一個由有限個單元組成的組合體以代替原來的連續(xù)體結(jié) 構(gòu)A. 不同結(jié)構(gòu)采用不同位移函數(shù)B. 采用結(jié)點位移描述單元特性C. 用結(jié)點位移作為未知數(shù)表達結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力狀態(tài)D. 結(jié)點位移、廣義位移、線位移和角位移E. 結(jié)構(gòu)受力單元產(chǎn)生內(nèi)力和變形若已知桿端位移和 力 求出單元的位移和內(nèi)力。29. 整體分析和單元分析有何不同？ 整體分析是以所有結(jié)點為研究對象1. 利用結(jié)點處的變形諧調(diào)和結(jié)點力的平衡條件建立各個 結(jié)點處的平衡方程式。2. 利用單元的結(jié)點力與結(jié)點位移的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將各個單元的 結(jié)點力用結(jié)點位移來表示。從而得到整個結(jié)構(gòu)的結(jié)點載荷列 矩陣和整個結(jié)構(gòu)結(jié)點位移列矩陣之間的關(guān)系式。30. 整體分析需要

13、利用什么條件？1. 匯交于某一節(jié)點的所有單元，在匯交點的位移應(yīng)該完全相 等。稱之為變形諧調(diào)條件（或位移連續(xù)條件）2. 在任一結(jié)點上的外力英語各相關(guān)單元給該點的作用力相平 衡，即結(jié)點上滿足力的平衡條件。31. 平面梁單元剛度矩陣中的元素的單位是否相同？為什么？不同。因為這些元素是用結(jié)點的廣義位移，而廣義位移 可以用線位移和角位移表示， 所以單位不同31. 位移函數(shù)的作用是什么？ 求解彈性力學的空間問題， 求解無限體、 半無限體和厚板 等問題 。32. 下示圖中，應(yīng)怎樣劃分單元？33. 為什么要進行坐標變換？ 在單元坐標系下建立單剛矩陣是方便易行的；只能在整體坐 標系或結(jié)構(gòu)坐標系上才能組合各個剛體

14、矩陣。34. 怎樣從空間剛架單元的坐標變換式得到平面梁單元結(jié)點位 移坐標變換式？試寫出其結(jié)果。35. 若試證明T1TT36. 試證eT k e T k T T37. 結(jié)構(gòu)剛度矩陣的奇異性有何數(shù)學意義和力學意義？結(jié)構(gòu)剛度矩陣的奇異性在數(shù)學上的意義是結(jié)構(gòu)剛度矩陣為 奇異矩陣，具體表現(xiàn)為該奇異矩陣的行列式的值為 0, 且不存 在逆矩陣；在力學上的意義是：該結(jié)構(gòu)剛度矩陣無邊界條件 的限制，其剛體位移是任意的，所以不能夠由力列向量反求 位移列向量。 剛度矩陣的奇異性會導(dǎo)致有限元計算結(jié)果不真 確或有限元計算結(jié)果不收斂， 適當?shù)募尤脒吔鐥l件就能消除 剛度陣的奇異性。38. 如果一個子塊的階數(shù)是兩階，那么它對

15、應(yīng)的單元屬哪種類型？39. 約束處理有幾種方法，各有什么特點？1. 消行消列法 特點：需要消行消列，剛度矩陣的行與列要 重新排序，比較麻煩。2. 置大數(shù)法 特點：該方法是一種近似計算，容易產(chǎn)生誤差。3. 置一法 特點：計算精度高，使用較為廣泛。40. 對結(jié)構(gòu)剛度方程組進行約束處理的數(shù)學意義和力學意義是 什么？ 數(shù)學意義：消除奇異性；力學意義：限定一種平衡狀態(tài)41. 結(jié)點載荷和非結(jié)點載荷有何差別？試用矩陣形式寫出一個 有非結(jié)點載荷的結(jié)點載荷列陣。 答：結(jié)點載荷作用在結(jié)點上，非結(jié)點載荷不作用在結(jié)點上42. 有限元法解題的步驟有哪些？1. 結(jié)構(gòu)離散：將結(jié)構(gòu)假想分割成有限個簡單形狀的單元， 單元之間僅

16、用結(jié)點連結(jié) .2. 單元分析：形成一個由有限個單元組成的組合體以代替原 來的連續(xù)體結(jié)構(gòu)3. 整體分析：根據(jù)結(jié)點的變形諧調(diào)和平衡條件，將這些單元 重新組合在一起 . 建立一組以結(jié)點位移為未知量， 反映整個結(jié) 構(gòu)的力學特性的線性方程組。然后求解方程組得到結(jié)點的位43. 一般來說，等效斜度一定是常數(shù)？ 當輪軌接觸點在直線范圍內(nèi)時該值是常數(shù)，如超出直線范圍 段時是隨 Yw變化而變化的一個量44. 什么是重力剛度？什么是重力角剛度？它們與蠕滑力有關(guān) 嗎？ 重力剛度：橫向復(fù)原力與輪對橫移量之比；重力角剛度：搖 頭力矩與搖頭角之比；無關(guān)45. 在有彈性定位的轉(zhuǎn)向架中，輪對的蛇行運動頻率與速度有 關(guān)，是否構(gòu)架

17、的自振頻率也一定與速度有關(guān) ?有關(guān)；對于 n 個自由度的自激振動系統(tǒng)，就車輛來說，只 要輪對在鋼軌上滾動，自激振動就此產(chǎn)生。在一個速度下， 就有一組（ n 對）特征值，每對特征值表征一種振動的特性 （阻尼和頻率）。所以運動著的車輛， 它可以有無數(shù)個振動工 況。46. 蠕滑力為何總是與蠕滑率的方向相反 ? 蠕滑力是由兩個相互接觸的彈性體在其接觸斑內(nèi)的應(yīng)變不同 引起的。當兩彈性體有相對運動或相對運動趨勢時，在接觸 斑平面內(nèi)的應(yīng)變由切向力 T（ TX，TY）來體現(xiàn)，這個切向力就 稱為蠕滑力。47. 自由輪對與剛性轉(zhuǎn)向架相比哪一個蛇行運動的波長大？ 輪對定位剛度趨于無窮大的剛性轉(zhuǎn)向架，其蛇行運動波長為

18、 最大值；輪對定位剛度趨于零的自由輪對，其蛇行運動波長 為最小值；實際上這兩種結(jié)構(gòu)均不存在，具有一定輪對定位 剛度的轉(zhuǎn)向架，它的蛇行運動的波長應(yīng)在這兩者之間，即 LW L Lt48. 自由輪對與剛性轉(zhuǎn)向架相比哪一個蛇行運動的頻率大？剛性轉(zhuǎn)向架的蛇行運動頻率 t 最低；自由輪對的蛇行運動頻率 w 最高； 具有一定輪對定位剛度的轉(zhuǎn)向架， 它的蛇行運動的頻率應(yīng)在 這兩者之間，即 t w49 什么是蛇行運動？蛇形運動是鐵路機車車輛固有的運動， 就像蛇彎曲前進時候的運 動。這種運動如果控制在一定的范圍內(nèi)對鐵路車輛的運行有導(dǎo)向的作 用，但是這種運動一旦失去控制的話就是使得車輛轉(zhuǎn)向架和車體發(fā)生 劇烈振動，

19、嚴重影響車輛的乘坐舒適性和安全性， 所以要對蛇形運動 進行控制， 一般低速車輛靠二系旁承的摩擦力來抑制蛇形運動 （如貨 車和低速客車），高速車一般要加裝抗蛇行減震器，一套抗蛇行減震 器不夠的話還有加兩套。51、對剛性轉(zhuǎn)向架而言， 其共軛特征根的實部取何值時， 系統(tǒng)才 是穩(wěn)定的？取何值時才可能不穩(wěn)定？實部 0，系統(tǒng)不穩(wěn)定52、對彈性轉(zhuǎn)向架而言，哪個參數(shù)對它的蛇行運動臨界速度影 響最大？輪對的縱向定位剛度和橫向定位剛度53、什么是穩(wěn)態(tài)運動？什么是準穩(wěn)態(tài)運動？穩(wěn)態(tài)運動指系統(tǒng)在受到小的干擾后可以自發(fā)恢復(fù)的均衡系統(tǒng) 狀態(tài)。54、純滾線是什么？ 輪對中心線所走過的軌跡在軌道平面上的垂直投影55、蠕滑力矩 與 有關(guān)，其中 的含義各是什么？ y*是輪對橫擺(相對于純滾線的位置) ，y 是輪對相對于線路 中心線的橫向位移， y0 是純滾線距線路中心線間的距離56. 什么是徑向轉(zhuǎn)向架？ 在鐵路曲線上運行時，輪對中心線處于曲線半徑的轉(zhuǎn)向架。57. 什么是隨機過程？什么是隨機變量？ 隨機過程是一連串隨機事件動態(tài)關(guān)系的定量描述。隨機變量 是表示隨機試驗各種結(jié)果的實值單值函數(shù)。58. 對隨機振動過程特性