《鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造》課件-鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造：第八章

鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造鐵路運(yùn)輸|國(guó)際貿(mào)易|跨境電商|快遞外貿(mào)授課老師：

可靠性設(shè)計(jì)與貨車三維設(shè)計(jì)技術(shù)鐵路運(yùn)輸|國(guó)際貿(mào)易|跨境電商|快遞外貿(mào)授課老師：

第八章概述機(jī)械失效分析概述目錄CONTENT鐵路RAMS分析基本工作程序簡(jiǎn)介貨車三維設(shè)計(jì)概述1可靠性是人們衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。長(zhǎng)期以來，一切講究信譽(yù)的企業(yè)，為了爭(zhēng)取顧客，都在追求其產(chǎn)品具有較好的可靠性。因?yàn)橹挥锌煽啃暂^高的產(chǎn)品，才能長(zhǎng)期發(fā)揮其使用性能，從而受到用戶的歡迎。此外，對(duì)于有些產(chǎn)品，如飛機(jī)、輪船、列車、汽車等產(chǎn)品，如果其關(guān)鍵零部件不可靠，不僅會(huì)給用戶帶來不便，耽誤時(shí)間，造成經(jīng)濟(jì)損失，還可能直接危及使用者的生命安全。8.1.1

可靠性的基本知識(shí)可靠性理論1可靠性理論是以產(chǎn)品的壽命特征作為重要研究對(duì)象的一門綜合性和邊緣性科學(xué)，它涉及基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和管理科學(xué)的許多領(lǐng)域?？煽啃岳碚撛诎l(fā)展過程中形成了以下三個(gè)獨(dú)立的學(xué)科：（1）可靠性數(shù)學(xué)，主要研究解決各種可靠性問題的數(shù)學(xué)方法和數(shù)學(xué)模型，研究可靠性的定量規(guī)律。8.1.1

可靠性的基本知識(shí)可靠性理論1可靠性理論在發(fā)展過程中形成了以下三個(gè)獨(dú)立的學(xué)科：（2）可靠性物理，研究產(chǎn)品失效的物理原因與數(shù)學(xué)物理模型，研究檢測(cè)方法與糾正措施。它從本質(zhì)上、從機(jī)理上探究產(chǎn)品的不可靠因素，為研制高可靠性產(chǎn)品提供科學(xué)的依據(jù)。（3）可靠性工程，它是對(duì)產(chǎn)品的失效及其發(fā)生的概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)、可靠性預(yù)測(cè)、可靠性試驗(yàn)、可靠性評(píng)估、可靠性檢驗(yàn)、可靠性控制、可靠性維修及失效分析的一門邊緣性工程學(xué)科。8.1.1

可靠性的基本知識(shí)可靠性理論1可靠性的定義為：在給定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)品完成規(guī)定的功能的能力。我國(guó)的可靠性工作起步較晚，20世紀(jì)70年代才開始在電子工業(yè)和航空工業(yè)中初步形成可靠性研究體系，并將其應(yīng)用于軍工產(chǎn)品，其他行業(yè)可靠性工作起步更晚，與先進(jìn)國(guó)家差距約為十年，雖然國(guó)家已制訂可靠性標(biāo)準(zhǔn)，但尚未引起所有企業(yè)的足夠重視。8.1.1

可靠性的基本知識(shí)可靠性定義2對(duì)產(chǎn)品而言，可靠性越高越好?？煽啃愿叩漠a(chǎn)品，可以長(zhǎng)時(shí)間正常工作（這正是所有消費(fèi)者想要得到的）,從專業(yè)角度上說就是：產(chǎn)品的可靠性越高，產(chǎn)品可以無故障工作的時(shí)間就越長(zhǎng)?？煽啃缘纳鲜龆x中含有以下因素：8.1.1

可靠性的基本知識(shí)可靠性定義2對(duì)象1使用條件2規(guī)定時(shí)間3規(guī)定功能4概率5（1）對(duì)象可靠性問題研究的對(duì)象是產(chǎn)品，它可以是零件、部件、總成、機(jī)器、設(shè)備，甚至整個(gè)系統(tǒng)。（2）使用條件使用條件包括運(yùn)輸條件、存儲(chǔ)條件、環(huán)境條件、使用方法、維修水平等，這些因素對(duì)產(chǎn)品可靠性都會(huì)有很大影響。因此，要談?wù)摦a(chǎn)品的可靠性，必須指明規(guī)定的條件是什么。8.1.1

可靠性的基本知識(shí)可靠性定義2（3）規(guī)定時(shí)間規(guī)定時(shí)間是關(guān)于產(chǎn)品使用期限的規(guī)定。隨著產(chǎn)品任務(wù)時(shí)間的增加，產(chǎn)品出現(xiàn)故障的概率將增加，產(chǎn)品的可靠性將下降。因此，對(duì)時(shí)間的要求一定要明確。（4）規(guī)定功能規(guī)定功能指產(chǎn)品規(guī)定了的必須具備的功能及其技術(shù)指標(biāo)。所要求產(chǎn)品功能的多少和其技術(shù)指標(biāo)的高低，直接影響產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的高低。8.1.1

可靠性的基本知識(shí)可靠性定義2（5）概率產(chǎn)品的可靠性可用可靠度來衡量?？煽慷仁强煽啃缘母怕时硎尽Ｑ芯慨a(chǎn)品的可靠性問題時(shí)，必須明確對(duì)象、使用條件、規(guī)定時(shí)間、規(guī)定功能等因素。8.1.1

可靠性的基本知識(shí)可靠性定義2可靠性尺度是評(píng)定產(chǎn)品可靠性的數(shù)值指標(biāo)。常用的可靠性尺度有可靠度、失效率、平均壽命、壽命方差、壽命標(biāo)準(zhǔn)差、可靠壽命、中位壽命、特征壽命、維修度、有效度、系統(tǒng)有效性、重要度、經(jīng)濟(jì)尺度以及與人為差錯(cuò)有關(guān)的可靠性尺度等。有了統(tǒng)一的可靠性尺度，就可在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)用數(shù)學(xué)方法計(jì)算和預(yù)測(cè)其可靠性，在產(chǎn)品生產(chǎn)出來后用試驗(yàn)方法等考核和評(píng)定其可靠性。8.1.1

可靠性的基本知識(shí)可靠性尺度3可靠性設(shè)計(jì)是保證產(chǎn)品滿足給定的可靠性指標(biāo)的一種方法，包括對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行預(yù)計(jì)、分配、技術(shù)設(shè)計(jì)、評(píng)定等工作。它不但直接反映產(chǎn)品各組成部件的質(zhì)量，而且影響整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量性能的優(yōu)劣。在不同領(lǐng)域中可靠性工程所處理的具體問題不同，使用的方法也有差異。以下簡(jiǎn)要介紹與一些機(jī)車車輛可靠性設(shè)計(jì)有關(guān)的理論和方法。8.1.1

可靠性的基本知識(shí)可靠性設(shè)計(jì)4線性累積損傷理論疲勞設(shè)計(jì)方法影響疲勞強(qiáng)度的因素1954年，美國(guó)學(xué)者邁因納（M.A.Miner）在對(duì)疲勞累積損傷問題進(jìn)行大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，將帕姆格倫（J.V.Palmgren）在1924年提出的線性累積損傷理論公式化，形成了至今仍被廣泛使用的Palmgren-Miner疲勞線性累積損傷法則，簡(jiǎn)稱Miner法則，這些疲勞強(qiáng)度或壽命分析的基本原理至今仍被機(jī)車車輛技術(shù)水平發(fā)達(dá)的國(guó)家的工程技術(shù)人員采用，以分析或預(yù)測(cè)承載結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度或壽命。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.2

線性累積損傷理論疲勞累積損傷的假說多達(dá)數(shù)十種，其中最簡(jiǎn)單、最適用的是邁因納（Palmgren-Miner）線性累積損傷理論，習(xí)慣稱之為線性累積損傷理論。邁因納理論認(rèn)為材料的疲勞破壞是由循環(huán)載荷的不斷作用而產(chǎn)生損傷并不斷積累造成的，疲勞損傷累積達(dá)到破壞時(shí)吸收的凈功W與疲勞載荷的歷史無關(guān)，并且材料的疲勞損傷程度與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)成正比。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.2

線性累積損傷理論

鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.2

線性累積損傷理論（8-1）（8-2）

鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.3

影響疲勞強(qiáng)度的因素在進(jìn)行疲勞損傷計(jì)算時(shí)，需要用到材料的P-S-N曲線和疲勞極限，一般它們均是大量光滑小試樣通過成組法和升降法在室內(nèi)疲勞試驗(yàn)的結(jié)果。由于實(shí)際車輛零部件的尺寸、形狀和表面情況各式各樣，與光滑小試樣的疲勞試驗(yàn)結(jié)果差異很大，因此要考慮這些因素的影響。1.缺口效應(yīng)在車輛結(jié)構(gòu)中，一般存在溝槽、孔洞、拐角等，鑄造材料還存在夾渣、疏松等缺陷。這些結(jié)構(gòu)截面的變化和材料的缺陷統(tǒng)稱為缺口，在這些缺口處，不可避免地會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，常常成為零部件的疲勞薄弱環(huán)節(jié)，因此，在疲勞可靠性設(shè)計(jì)中必須考慮缺口效應(yīng)。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.3

影響疲勞強(qiáng)度的因素1.缺口效應(yīng)應(yīng)力集中提高局部應(yīng)力的作用可以用理論應(yīng)力集中系數(shù)K,來表征：式中：

σmax——缺口處的最大局部應(yīng)力；σn——缺口處的名義應(yīng)力。理論應(yīng)力集中系數(shù)只與試件的幾何形狀有關(guān)，可以采用試驗(yàn)或有限元方法確定。（8-3）鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.3

影響疲勞強(qiáng)度的因素1.缺口效應(yīng)應(yīng)力集中對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響極大。應(yīng)力集中降低疲勞強(qiáng)度的作用可以用缺口疲勞系數(shù)Kf來表征：式中：σ-1——光滑試樣的疲勞極限；

σ-1k——缺口試樣的疲勞極限。通過缺口敏感系數(shù)q可以將理論應(yīng)力集中系數(shù)Kt和缺口疲勞系數(shù)Kf聯(lián)系起來：（8-4）（8-5）鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.3

影響疲勞強(qiáng)度的因素2.尺寸效應(yīng)部件的尺寸對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響很大，一般來說，零部件的尺寸增大，其疲勞強(qiáng)度降低。這種疲勞強(qiáng)度隨零部件尺寸的增大而降低的現(xiàn)象稱為尺寸效應(yīng)。影響尺寸效應(yīng)的因素很多，歸納起來可以分為兩大類：工藝因素和比例因素。由鑄造、鍛造、熱處理與機(jī)械加工過程引起的尺寸效應(yīng)屬于工藝因素。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.3

影響疲勞強(qiáng)度的因素3.平均應(yīng)力決定零部件疲勞強(qiáng)度的主要應(yīng)力參數(shù)是壓力幅值，平均應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響是第二位的，但其影響也不容忽視，在一定的平均應(yīng)力范圍內(nèi)，壓縮平均應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度，拉伸平均應(yīng)力降低疲勞強(qiáng)度。古德曼（Goodman）疲勞線對(duì)于延性金屬略偏保守且簡(jiǎn)單方便，在疲勞設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.3

影響疲勞強(qiáng)度的因素3.平均應(yīng)力如圖8-1所示，將最大可能平均應(yīng)力與在N次循環(huán)內(nèi)的臨界應(yīng)力幅值聯(lián)系起來，在AC線左邊就會(huì)出現(xiàn)破壞，在AC線上，平均應(yīng)力越高，應(yīng)力幅值越小。Aσmσbσaσ-1在N次循環(huán)內(nèi)破壞CO鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.3

影響疲勞強(qiáng)度的因素鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.3

影響疲勞強(qiáng)度的因素3.平均應(yīng)力古德曼（Goodman）疲勞極限圖對(duì)應(yīng)的表達(dá)式為通過轉(zhuǎn)換，可得到對(duì)稱循環(huán)的等效疲勞極限線幅值σ-1eq：按上式考慮平均應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響，進(jìn)行疲勞評(píng)估。（8-7）（8-8）疲勞設(shè)計(jì)方法一般有無限壽命設(shè)計(jì)方法、有限壽命設(shè)計(jì)方法和損傷容限設(shè)計(jì)方法，根據(jù)產(chǎn)品所受應(yīng)力的狀況和構(gòu)件的裂紋情況，疲勞設(shè)計(jì)方法可以分為名義應(yīng)力方法、局部應(yīng)力應(yīng)變方法和斷裂力學(xué)方法。根據(jù)貨車結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，目前大多采用名義應(yīng)力方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的疲勞壽命估算。車輛在運(yùn)行過程中所受到的載荷是變幅的，而且是隨機(jī)的，因此研究疲勞累積損傷是進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法利用載荷譜和線性累積損傷理論，結(jié)合材料或焊接接頭的基本疲勞性能參數(shù)，就可以對(duì)貨車結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞設(shè)計(jì)。需要進(jìn)行疲勞分析的關(guān)鍵部件有搖枕、側(cè)架、中梁、端梁、枕梁、側(cè)梁、車門孔部位、側(cè)墻、端墻、裝載加固支座等。在進(jìn)行車輛結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)時(shí)，主要的假設(shè)條件如下：（1）車輛結(jié)構(gòu)中的疲勞損傷按照邁因納線性累積損傷法則計(jì)算；（2）所有的計(jì)算分析均在低于材料的屈服強(qiáng)度下進(jìn)行，即可以采用線性疊加原理；（3）所有的應(yīng)力應(yīng)該由有限元分析或試驗(yàn)來確定；鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法

鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法（8-9）

鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法（8-10）（8-11）進(jìn)行疲勞分析時(shí)的部件疲勞極限可以由材料或焊接接頭疲勞性能試驗(yàn)獲得，也可以通過查閱有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和資料獲得，如AAR標(biāo)準(zhǔn)、UIC標(biāo)準(zhǔn)、EN標(biāo)準(zhǔn)、JIS標(biāo)準(zhǔn)等，一般的資料所給出的疲勞極限和疲勞特性均是在平均質(zhì)量工藝條件下試樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)際情況下，貨車結(jié)構(gòu)承受的相當(dāng)一部分載荷產(chǎn)生的應(yīng)力小于疲勞極限。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法在實(shí)際情況下，貨車結(jié)構(gòu)承受的相當(dāng)一部分載荷產(chǎn)生的應(yīng)力小于疲勞極限，對(duì)于低于疲勞極限應(yīng)力的處理一般有以下三種方法：（1）假設(shè)低于疲勞極限的應(yīng)力循環(huán)不產(chǎn)生損傷。（2）假設(shè)低于疲勞極限的應(yīng)力循環(huán)產(chǎn)生損傷，其貢獻(xiàn)與高于疲勞極限的應(yīng)力相當(dāng)，即S-N曲線的斜率在高于疲勞極限和低于疲勞極限時(shí)一樣。（3）假設(shè)低于疲勞極限的應(yīng)力循環(huán)產(chǎn)生損傷，其貢獻(xiàn)要小于高于疲勞極限的應(yīng)力，即S-N曲線的斜率在低于疲勞極限時(shí)比高于疲勞極限時(shí)要小。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法

鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法設(shè)k為S—N曲線的絕對(duì)斜率，則鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法（8-12）（8-13）（8-14）（8-15）一般來說，疲勞極限S,是在應(yīng)力比R=0或R=-1條件下通過試驗(yàn)獲得的，而實(shí)際載荷在各個(gè)應(yīng)力幅值下的應(yīng)力比不同，即平均應(yīng)力并不一致，故可以通過Goodman方程將這些應(yīng)力幅值等效到一個(gè)固定的平均應(yīng)力下，使上述方程可以預(yù)測(cè)零部件達(dá)到損壞的循環(huán)數(shù)。最后，計(jì)算零部件的壽命：式中，β是每公里譜總循環(huán)數(shù)。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法（8-16）車輛在運(yùn)行過程中受到多種載荷的作用，包括沉浮、側(cè)滾、扭轉(zhuǎn)和縱向載荷等，各種載荷都有自己的載荷時(shí)間歷程，各種載荷可能按順序或者同時(shí)起著作用，從而造成零部件的疲勞損傷，由于載荷變成載荷譜后，載荷的作用時(shí)間順序和相位關(guān)系已經(jīng)不存在，因此在多種載荷作用的組合譜情況下，零部件的疲勞損傷的精確處理是不可能做到的，但可以假設(shè)其疲勞損傷是由各種載荷產(chǎn)生的損傷累積而成的。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法于是，零部件的疲勞壽命可由式（8-17）估算：式中，壽命1、壽命2·……分別代表由沉浮、側(cè)滾、扭轉(zhuǎn)和縱向載荷等單獨(dú)作用下的壽命。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法（8-17）1.名義應(yīng)力方法在估算疲勞壽命時(shí)，名義應(yīng)力方法以材料的S-N曲線為基礎(chǔ)，并考慮各種修正，用構(gòu)件的名義應(yīng)力和Miner公式進(jìn)行累積損傷計(jì)算。名義應(yīng)力方法估算的疲勞壽命包括構(gòu)件的裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展的壽命，可用于高周（N>10°）循環(huán)疲勞分析。對(duì)于型鋼或焊接構(gòu)件，推薦采用等效恒幅應(yīng)力范圍值方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評(píng)估。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法1.名義應(yīng)力方法等效恒幅應(yīng)力范圍值可按式（8-18）計(jì)算，式中有關(guān)系數(shù)可由應(yīng)力譜確定：可用類似的方法計(jì)算等效恒幅剪應(yīng)力范圍值，此時(shí)疲勞強(qiáng)度根據(jù)有關(guān)的正應(yīng)力疲勞強(qiáng)度曲線確定。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法（8-18）1.名義應(yīng)力方法考慮安全系數(shù)的疲勞評(píng)估解析式為式中，ym和ys是考慮到疲勞強(qiáng)度和載荷獨(dú)立變化的分項(xiàng)安全系數(shù)，其值均不應(yīng)小于1,對(duì)于剪應(yīng)力范圍也應(yīng)作類似的評(píng)估。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法（8-19）1.名義應(yīng)力方法對(duì)于鑄鋼件，推薦采用構(gòu)件S-N曲線和Goodman圖相結(jié)合的方法進(jìn)行疲勞壽命估算，在無實(shí)測(cè)的構(gòu)件S-N曲線（或P-S-N曲線）時(shí)，可對(duì)有關(guān)材料的S-N曲線（或P-S-N曲線）加以修正獲得，在修正時(shí)，應(yīng)考慮構(gòu)件危險(xiǎn)部位的表面加工情況、尺寸效應(yīng)和應(yīng)力集中等因素。S-N曲線的表達(dá)式為鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法（8-20）1.名義應(yīng)力方法構(gòu)件在交變載荷下不同應(yīng)力比時(shí)的疲勞極限可通過修正Goodman圖獲得，等效疲勞極限按式（8-21）計(jì)算：疲勞壽命可按式（8-11）、式（8-16）進(jìn)行估算。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法（8-21）2.局部應(yīng)力方法局部應(yīng)力應(yīng)變方法對(duì)構(gòu)件的應(yīng)力集中部位采用彈塑性分析方法確定局部應(yīng)力應(yīng)變，并計(jì)入了加載順序的影響，局部應(yīng)力應(yīng)變方法估算的是構(gòu)件應(yīng)力集中最嚴(yán)重部位（通常為缺口區(qū)域）的裂紋萌生壽命，可用于低周（N<103）疲勞分析，也可推廣應(yīng)用到中高周疲勞問題。局部應(yīng)力應(yīng)變歷程可以通過下列方法獲得。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法1）修正Neuber方法2）試驗(yàn)測(cè)定方法2.局部應(yīng)力方法1）修正Neuber方法聯(lián)立修正Neuber方程和材料循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變曲線方程并求解，即可得到局部應(yīng)力應(yīng)變的近似值。修正Neuber方程為循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變曲線方程為鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法（8-22）（8-23）鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法

（8-24）3.斷裂力學(xué)方法斷裂力學(xué)方法用于估算構(gòu)件從宏觀初始裂紋擴(kuò)展至臨界裂紋所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)數(shù)，即疲勞裂紋擴(kuò)展壽命。此方法限于評(píng)估正應(yīng)力作用下的張開型裂紋擴(kuò)展壽命問題（I型裂紋擴(kuò)展）。計(jì)算裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展的通用公式（Paris公式）為鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法（8-25）3.斷裂力學(xué)方法從初始裂紋尺寸a。擴(kuò)展到臨界裂紋ay所經(jīng)歷的循環(huán)紋數(shù)N可按式（8-26）計(jì)算（小于△Ka的裂紋擴(kuò)展速率△K值取零）：式（8-26）中的A和n在給定的材料、環(huán)境、板厚和裂紋擴(kuò)展速率的范圍內(nèi)才可能是常數(shù)。這些常數(shù)的值可根據(jù)有關(guān)的試驗(yàn)測(cè)定。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法（8-28）3.斷裂力學(xué)方法當(dāng)構(gòu)件存在不連續(xù)性時(shí)，規(guī)定不連續(xù)尺寸為初始裂紋尺寸a0。臨界裂紋尺寸af，可根據(jù)構(gòu)件發(fā)生斷裂、凈截面屈服等極限狀態(tài)確定，也可參照車輛所屬單位頒布的車輛零部件的裂紋報(bào)廢極限尺寸確定。評(píng)估短裂紋（a0小于1mm）的壽命時(shí)，特別是在異常大的品粒區(qū)域內(nèi)，仍采用以上裂紋擴(kuò)展定律計(jì)算，得到的結(jié)果誤差較大，故應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.1.4疲勞設(shè)計(jì)方法機(jī)械失效分析概述2鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造一個(gè)零件或部件不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)賦予它的規(guī)定功能，稱該零件或部件失效。失效包括以下三種情況：（1）完全不能工作；（2）可以工作，但不能令人滿意地完成預(yù)期的功能；8.2.1失效分析鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造一個(gè)零件或部件不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)賦予它的規(guī)定功能，稱該零件或部件失效。失效包括以下三種情況：（3）受到嚴(yán)重?fù)p傷，不能可靠且安全地連續(xù)使用，必須拆下來進(jìn)行修理或更換。失效分為正常失效和非正常失效，達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的失效為正常失效，否則為非正常失效，后者是通常失效分析工作的主要對(duì)象。8.2.1失效分析失效分析的意義、目的1機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的主要任務(wù)是為社會(huì)提供質(zhì)量好、壽命長(zhǎng)、成本低的產(chǎn)品。一種新產(chǎn)品的誕生，開始并不是完美的，可能存在各種問題，這些問題在設(shè)計(jì)、制造中可能難以發(fā)現(xiàn)，往往只有在使用中才能充分暴露。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.1失效分析失效分析的意義、目的1為此，設(shè)計(jì)、制造者必須針對(duì)產(chǎn)品使用中出現(xiàn)的失效進(jìn)行仔細(xì)分析，找出問題的癥結(jié)，重新改進(jìn)，之后再投入使用，再發(fā)現(xiàn)問題，再改進(jìn)，這個(gè)循環(huán)過程也許要反復(fù)進(jìn)行多次。因此，失效分析是機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量由不完善走向完善的必經(jīng)之路，是機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的重要一環(huán)。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.1失效分析鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造失效的來源主要有以下方面：設(shè)計(jì)，選材，材料缺陷，制造工藝（冷加工、熱加工、表面處理等）,儲(chǔ)存、運(yùn)輸（碰撞、銹蝕等）,裝配（如螺栓擰緊力矩）,服役條件（環(huán)境溫度、受力狀態(tài)、腐蝕環(huán)境、相關(guān)件的影響等）。失效的來源28.2.1失效分析鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造因此，失效不能單歸咎于設(shè)計(jì)、制造者，也可能是流通環(huán)節(jié)和使用者的一些問題。失效的來源28.2.1失效分析失效分析的思路、方法3進(jìn)行失效分析時(shí)，可能要做的工作如下（根據(jù)分析工作的難易來取舍）。（1）收集背景資料，如失效件的設(shè)計(jì)圖紙、要求，失效件的制造歷史，失效件的服役情況等。（2）通過查詢運(yùn)行記錄、詢問現(xiàn)場(chǎng)人員、拍照等確認(rèn)失效件的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.1失效分析失效分析的思路、方法3（3）分析化學(xué)成分，鑒別材料的選擇是否正確。（4）通過磁粉、超聲波、著色、渦流、X射線、γ射線、工業(yè)CT等進(jìn)行無損探傷。（5）保存好失效件的斷口，不要使其受到損傷，不要將兩個(gè)斷口吻對(duì)，斷口上的附著物不要忙于清除，以便進(jìn)行斷口分析。注意斷口的清洗要小心謹(jǐn)慎。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.1失效分析失效分析的思路、方法3（6）進(jìn)行金相檢驗(yàn)（包括低倍與高倍）。（7）通過掃描電鏡、透射電鏡、俄歇譜儀、能譜分析等進(jìn)行斷口電鏡分析。（8）利用X射線衍射進(jìn)行相結(jié)構(gòu)分析。（9）通過光彈、應(yīng)變片、涂漆、X射線應(yīng)力測(cè)定進(jìn)行受力分析。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.1失效分析失效分析的思路、方法3（10）力學(xué)性能測(cè)試：硬度，σb,σs,δ,ψ,Ak，Klc，da/dN，…。（11）對(duì)一些無法確定的破壞形式，根據(jù)受力條件、環(huán)境進(jìn)行模擬重現(xiàn)，即進(jìn)行斷裂模擬試驗(yàn)。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.1失效分析斷裂是機(jī)器零件失效最嚴(yán)重的表現(xiàn)形式之一。對(duì)斷裂的研究已發(fā)展成一門獨(dú)立的邊緣學(xué)科，涉及斷裂力學(xué)、斷裂物理、斷裂化學(xué)和斷口學(xué)等多個(gè)分支。由于斷口存儲(chǔ)、記錄了大量失效特征及失效原因的信息，因此，斷口分析是失效分析最基本也是最重要的方法之一。盡管如此，在斷口上記錄的信息畢竟有限，加之對(duì)斷口的基本研究仍在深入，以及在復(fù)雜工況條件下斷口形貌會(huì)變異，這些都增加了斷口分析的難度和結(jié)論的可靠性。因此，絕不能把斷口分析和失效分析等同起來，把斷口分析得出的結(jié)論充當(dāng)零件失效原因的結(jié)論。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類不要磕碰斷口，不要把兩個(gè)匹配斷口用力吻對(duì)，以免斷口形貌失真。斷口上的一些殘留物、污跡往往是失效的證據(jù)，不要輕易去除。比如斷口上的油污、銹跡等往往是判斷裂紋產(chǎn)生在熱處理前還是熱處理后的依據(jù)。待分析的斷口要用干凈的紙或布包好，達(dá)到防潮、防銹蝕的目的。存在多個(gè)斷口時(shí)，要標(biāo)明每個(gè)斷口的位置，進(jìn)行編號(hào)，并拍照留存?！啊?斷口保存鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類對(duì)斷口進(jìn)行清洗，可用乙醇、丙酮等直接清洗，也可用不干膠帶反復(fù)粘貼或電鏡薄膜粘貼，還可用超聲波清洗。當(dāng)斷口污染、銹跡嚴(yán)重時(shí)，可用呈弱酸性的溶液、堿液清洗，如醋酸、磷酸、稀氫氧化鈉溶液、10%～20%的草酸等。清洗完后，用乙醇淋洗，吹干后觀察或置于干燥箱中保存?！啊?斷口清洗鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類有時(shí)斷口受到嚴(yán)重?fù)p壞，觀察不到斷裂細(xì)節(jié)，此時(shí)將次生裂紋處打開進(jìn)行觀察，往往可以獲取更加真實(shí)的斷裂細(xì)節(jié)。此外，應(yīng)將斷裂處反響折斷，以防斷口受到擠擦損傷。有時(shí)可將試樣進(jìn)行深冷處理（如使用液氮）,使材料脆化，便于折斷?！啊?二次斷口的打開鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類有時(shí)單個(gè)斷口不能反映斷裂的力學(xué)特征，此時(shí)對(duì)配對(duì)斷口進(jìn)行觀察比對(duì)便可得出結(jié)論。如對(duì)于張開型斷裂、扭轉(zhuǎn)剪切型斷裂，從韌窩的相對(duì)變形方向便可判斷其受力性質(zhì)，在三種應(yīng)力狀態(tài)下形成的顯微空洞及微坑形狀如圖8-3所示（見本書P296）?！啊?配對(duì)斷口的提供鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類為了對(duì)斷裂性質(zhì)作初步定性分析，用肉眼觀察零件的實(shí)際斷口時(shí)，主要從以下幾個(gè)方面入手：（1）觀察斷口是否存在放射花樣或人字紋，人字紋的頂點(diǎn)就是裂紋源的位置，根據(jù)放射區(qū)和纖維區(qū)面積的相對(duì)大小，可以大致定性估計(jì)斷裂性質(zhì)。放射區(qū)大，所受外力就大，脆性也就越大。（2）觀察斷口上是否存在弧形線，如有海灘狀弧線，說明是疲勞破斷。“”5斷裂性質(zhì)初步分析鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類為了對(duì)斷裂性質(zhì)作初步定性分析，用肉眼觀察零件的實(shí)際斷口時(shí)，主要從以下幾個(gè)方面入手：（3）觀察斷口的粗糙程度，斷口越粗糙，表明韌性纖維斷裂所占比重越大。反之，斷口細(xì)平，多光澤，則解理脆性斷裂所占比重大。（4）觀察斷口顏色，斷口越灰暗，塑性越大。（5）觀察斷口與最大正應(yīng)力方向的交角。脆斷時(shí)，斷口與最大正應(yīng)力方向垂直，而純剪斷時(shí)，斷口與最大切應(yīng)力方向平行?！啊?斷裂性質(zhì)初步分析鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類“”6斷口分析部分名詞術(shù)語鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類沿晶斷裂1穿晶斷裂2解理斷裂3任性斷裂5剪切唇6放射花樣7準(zhǔn)解理斷裂4疲勞斷裂81）沿晶斷裂實(shí)際金屬材料為多晶粒結(jié)構(gòu)，晶粒之間的邊界稱為品界，裂紋沿晶界擴(kuò)展所導(dǎo)致的脆性斷裂，叫作沿品斷裂。圖8-4（見本書P297）就是沿晶斷裂的斷口形貌，宛如冰糖狀，所以這種斷口又叫冰糖狀斷口。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類6斷口分析部分名詞術(shù)語2）穿晶斷裂與沿晶斷裂相反，裂紋穿過多晶體材料的晶粒擴(kuò)展而發(fā)生的斷裂稱為穿品斷裂。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類6斷口分析部分名詞術(shù)語3）解理斷裂解理斷裂是一種在正應(yīng)力作用下產(chǎn)生的穿晶斷裂，通常沿一定的嚴(yán)格的晶面——解理面分離，如體心立方金屬中，（001）面就是解理面。解理斷裂的形貌為河流花樣，河流的上游（支流）就是裂紋發(fā)源處。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類6斷口分析部分名詞術(shù)語3）解理斷裂肉眼觀察斷口時(shí)，旋轉(zhuǎn)斷口所看到的許多閃閃發(fā)光的亮點(diǎn)（常稱為小刻面）就是解理面。解理斷裂的形貌如圖8-5（見本書P298）所示。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類6斷口分析部分名詞術(shù)語4）準(zhǔn)解理斷裂裂紋主要沿著品粒內(nèi)的解理面擴(kuò)展，同時(shí)伴隨著一定程度的塑性撕裂現(xiàn)象而發(fā)生的斷裂稱為準(zhǔn)解理斷裂，其形貌如圖8-6（見本書P298）所示。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類6斷口分析部分名詞術(shù)語5）韌性斷裂金屬材料發(fā)生明顯的宏觀塑性變形后產(chǎn)生的斷裂稱為韌性斷裂，其形貌如圖8-7（見本書P298）所示。斷裂過程由顯微空洞的形成、長(zhǎng)大、連接組成。這些顯微空洞稱為韌窩。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類6斷口分析部分名詞術(shù)語6）剪切唇剪切唇是指金屬構(gòu)件斷裂時(shí)斷口邊緣部分常出現(xiàn)的一種宏觀特征，一般出現(xiàn)在斷裂過程的最后階段，其表面光滑，與拉應(yīng)力方向成45°角，通常稱之為拉邊。此時(shí)裂紋在平面應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展，材料塑性變形很大。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類6斷口分析部分名詞術(shù)語鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類6斷口分析部分名詞術(shù)語7）放射花樣裂紋快速擴(kuò)展而在斷口上留下的撕裂痕跡稱為放射花樣（見圖8-8,本書P299）,它的放射方向就是裂紋擴(kuò)展的方向。8）疲勞斷裂在全部結(jié)構(gòu)零件的破壞中，疲勞斷裂占絕大多數(shù)，因此需要人們的特別關(guān)注。疲勞是在周期交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的一種突發(fā)破壞形式，在靜載荷條件下不存在疲勞，疲勞的抗力指標(biāo)是疲勞極限，,通常低于材料的屈服極限。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類6斷口分析部分名詞術(shù)語8）疲勞斷裂疲勞斷裂在宏觀上沒有顯著的塑性變形，從這個(gè)意義上說，疲勞斷裂屬于脆性斷裂。疲勞斷口大體上可分成三個(gè)區(qū)：裂紋源區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)、裂紋快速擴(kuò)展區(qū)（瞬斷區(qū)）（見圖8-9，本書P299）。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類6斷口分析部分名詞術(shù)語8）疲勞斷裂裂紋源區(qū)：一個(gè)光滑、細(xì)膩的細(xì)小區(qū)域。由于受交變應(yīng)力的作用，裂紋兩側(cè)反復(fù)擠壓而變得平坦、光滑。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類6斷口分析部分名詞術(shù)語8）疲勞斷裂裂紋擴(kuò)展區(qū)：該區(qū)的最大特點(diǎn)是有疲勞弧線（又稱貝殼花樣或海灘花樣）,這是裂紋擴(kuò)展中停頓或應(yīng)力大小變化時(shí)，裂紋前沿線所留下的痕跡。該區(qū)的微觀形貌存在疲勞輝紋（見圖8-10，本書P300）,疲勞輝紋是一些相互平行的條帶，每一個(gè)條帶對(duì)應(yīng)一次應(yīng)力循環(huán)。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類6斷口分析部分名詞術(shù)語8）疲勞斷裂瞬斷區(qū)：疲勞裂紋擴(kuò)展至一定深度后，零件的剩余截面積不足以抵抗外力的作用而產(chǎn)生瞬時(shí)破斷。該區(qū)的特征是有放射條帶和剪切唇。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.2.2材料分類6斷口分析部分名詞術(shù)語鐵路RAMS分析基本工作程序簡(jiǎn)介3RAMS（Reliability,Availability,MaintainabilityandSafety）為可靠性、可用性、維修性和安全性的統(tǒng)稱，RAMS技術(shù)在歐洲軌道交通裝備設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制中已得到廣泛使用，成為產(chǎn)品全壽命期管理中的重要項(xiàng)目，近年來，隨著我國(guó)鐵路技術(shù)裝備現(xiàn)代化水平的提高，機(jī)車車輛產(chǎn)品及其零部件的RAMS技術(shù)也被人們逐步認(rèn)識(shí)。希望下面的介紹，能使讀者對(duì)RAMS分析有初步了解，為系統(tǒng)、規(guī)范開展RAMS工作提供幫助。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.1開展RAMS研究工作的必要性（1）軌道車輛是快速、大運(yùn)量的公共交通工具，一旦發(fā)生故障，后果很嚴(yán)重。開展RAMS研究工作是企業(yè)以客戶價(jià)值為導(dǎo)向的必然要求。軌道車輛開展RAMS研究工作主要基于以下原因：鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.1開展RAMS研究工作的必要性（2）軌道車輛的投資成本高、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)要求高，因此客戶要求將產(chǎn)品的全生命周期成本（LCC）盡可能地降低。開展RAMS研究工作是企業(yè)以客戶價(jià)值為導(dǎo)向的必然要求。軌道車輛開展RAMS研究工作主要基于以下原因：鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.1開展RAMS研究工作的必要性（3）提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的需要。開展RAMS研究工作是企業(yè)以客戶價(jià)值為導(dǎo)向的必然要求。軌道車輛開展RAMS研究工作主要基于以下原因：（1）項(xiàng)目投標(biāo)RAMS工作（2）可靠性工作（3）可維護(hù)性工作（4）可用性工作（5）安全性工作（6）RAMS分析故障率數(shù)據(jù)來源（7）FRACAS應(yīng)用RAMS研究工作主要從以下7個(gè)方面進(jìn)行：鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容1.項(xiàng)目投標(biāo)RAMS工作項(xiàng)目投標(biāo)過程中的RAMS工作主要包括以下4項(xiàng)任務(wù)：（1）研究標(biāo)書中RAMS要求；（2）對(duì)標(biāo)書中RAMS要求進(jìn)行澄清及偏離；（3）編制投標(biāo)RAMS文件；（4）參與合同RAMS部分的談判。項(xiàng)目投標(biāo)過程中的一個(gè)重要工作是利用公司在RAMS研究方面的經(jīng)驗(yàn)，說服業(yè)主接受公司對(duì)投標(biāo)文件的合理偏離。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容2.可靠性工作1）可靠性工作流程可靠性工作流程如下：（1）對(duì)照合同技術(shù)規(guī)范的要求，制定相應(yīng)的可靠性計(jì)劃（這個(gè)計(jì)劃包含在RAM計(jì)劃中）。（2）根據(jù)計(jì)劃開展可靠性的初步分析，在這個(gè)過程中，需要開展功能性故障模式影響分析。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容2.可靠性工作1）可靠性工作流程可靠性工作流程如下：（3）根據(jù)初步分析的結(jié)果，利用公司經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和潛在供應(yīng)商相應(yīng)數(shù)據(jù)，對(duì)列車的可靠性進(jìn)行初步的分配?？煽啃苑峙涞慕Y(jié)果將落實(shí)到采購(gòu)技術(shù)規(guī)范中，這個(gè)采購(gòu)技術(shù)規(guī)范包括可靠性、可維護(hù)性和安全性要求。（4）當(dāng)設(shè)計(jì)信息滿足需要時(shí)，將開展子系統(tǒng)的可靠性分析。子系統(tǒng)的可靠性分析使用FMECA、RBD、FTA等方法進(jìn)行。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容2.可靠性工作1）可靠性工作流程可靠性工作流程如下：（5）子系統(tǒng)可靠性分析完成后，將開展整車級(jí)的可靠性計(jì)算，對(duì)車輛的可靠性進(jìn)行預(yù)測(cè)并形成可靠性綜合分析報(bào)告。（6）車輛交付后將進(jìn)入可靠性增長(zhǎng)和可靠性驗(yàn)證階段，這些階段的車輛故障數(shù)據(jù)將進(jìn)入FRACAS系統(tǒng)。（7）可靠性驗(yàn)證結(jié)束后將出具可靠性驗(yàn)證報(bào)告。由上述過程可得可靠性工作流程如圖8-11（見本書P302）所示。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容2.可靠性工作2）部分可靠性活動(dòng)的輸出（1）RAM計(jì)劃，主要包括以下內(nèi)容：①車輛級(jí)與系統(tǒng)級(jí)RAM人員的職責(zé)；②對(duì)車輛系統(tǒng)的功能劃分和定義；③關(guān)鍵術(shù)語的定義和可靠性及可維護(hù)性分類的準(zhǔn)確定義；④可靠性及可維護(hù)性各階段的主要活動(dòng)和提交的文件。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容2.可靠性工作2）部分可靠性活動(dòng)的輸出（2）可靠性綜合分析報(bào)告，基本包含了可靠性活動(dòng)的所有信息，具體如下：①進(jìn)行可靠性初步分析和功能性故障模式影響效應(yīng)分析（FMECA）；②對(duì)整個(gè)可靠性目標(biāo)進(jìn)行初步分配；③實(shí)現(xiàn)與可靠性目標(biāo)一致的設(shè)計(jì)；鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容2.可靠性工作2）部分可靠性活動(dòng)的輸出（2）可靠性綜合分析報(bào)告，基本包含了可靠性活動(dòng)的所有信息，具體如下：④進(jìn)行各子系統(tǒng)可靠性定性分析與定量預(yù)測(cè)；⑤列車MDBF可靠性指標(biāo)的預(yù)測(cè)；⑥結(jié)論。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容2.可靠性工作2）部分可靠性活動(dòng)的輸出（3）可靠性驗(yàn)證計(jì)劃，主要包括以下內(nèi)容：鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容①事故計(jì)算規(guī)則②可靠性計(jì)算的輸入③可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)的管理；④故障審查委員會(huì)會(huì)議2.可靠性工作2）部分可靠性活動(dòng)的輸出（4）可靠性驗(yàn)證報(bào)告，主要包括以下內(nèi)容：鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容①定期可靠性驗(yàn)證報(bào)告②最終可靠性驗(yàn)證報(bào)告2.可靠性工作3）部分可靠性分析輸出示例（1）功能性故障模式影響效應(yīng)分析（FMECA）輸出示例如表8-1所示。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容序號(hào)功能部件及功能故障模式定性分析局部影響對(duì)子系統(tǒng)的影響對(duì)列車運(yùn)營(yíng)的影響故障檢測(cè)方法采取措施危害嚴(yán)重性等級(jí)故障分類備注車站站間2.可靠性工作3）部分可靠性分析輸出示例（2）可靠性目標(biāo)初步分配?？煽啃苑峙涫歉鶕?jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的可靠性指標(biāo)，按照一定的方法合理地分配到各分系統(tǒng)或部組件直至各元器件和每一個(gè)連接點(diǎn)、焊接點(diǎn)，確定薄弱環(huán)節(jié)，采取有效的措施改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而保證各部組件、各分系統(tǒng)以及全系統(tǒng)達(dá)到可靠性指標(biāo)要求。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容2.可靠性工作3）部分可靠性分析輸出示例（2）可靠性目標(biāo)初步分配?？煽啃苑峙涫且粋€(gè)由整體到局部、由大到小、由上到下的分解過程，并且應(yīng)盡早進(jìn)行，反復(fù)迭代?？煽啃苑峙涞哪康木褪鞘垢骷?jí)設(shè)計(jì)人員明確其可靠性設(shè)計(jì)要求，根據(jù)要求估計(jì)所需的人力、時(shí)間和資源，并研究實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求的方法。（3）可靠性預(yù)計(jì)——可靠性方框圖計(jì)算?？煽啃苑娇驁D計(jì)算如圖8-12（見本書P303）所示。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容3.可維護(hù)性工作1）可維護(hù)性工作流程可維護(hù)性工作流程如下：（1）編制可維護(hù)性計(jì)劃（包含在RAM計(jì)劃中）。（2）按計(jì)劃利用公司經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和潛在供應(yīng)商相應(yīng)數(shù)據(jù)，制定預(yù)防性維護(hù)間隔并遞交業(yè)主審核。（3）對(duì)可維護(hù)性要求進(jìn)行分配，將可維護(hù)性分配編入采購(gòu)技術(shù)規(guī)范。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容3.可維護(hù)性工作1）可維護(hù)性工作流程可維護(hù)性工作流程如下：（4）當(dāng)設(shè)計(jì)信息滿足需要時(shí)，子系統(tǒng)RAMS工程師利用經(jīng)驗(yàn)和供應(yīng)商數(shù)據(jù)開展預(yù)防性維護(hù)分析和糾正性維護(hù)分析。（5）RAMS主管在整車級(jí)進(jìn)行可維護(hù)性綜合分析，形成可維護(hù)性綜合分析報(bào)告。由上述過程可得可維護(hù)性工作流程如圖8-13所示。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容制造商經(jīng)驗(yàn)供應(yīng)商經(jīng)驗(yàn)業(yè)主批準(zhǔn)可維護(hù)性綜合分析報(bào)告子系統(tǒng)可維護(hù)性分析可維護(hù)性分配確認(rèn)預(yù)防性維護(hù)間隔可維護(hù)性計(jì)劃（含在RAM計(jì)劃中）預(yù)防性維護(hù)分析糾正性維護(hù)分析3.可維護(hù)性工作2）部分可維護(hù)性活動(dòng)的輸出（1）可維護(hù)性計(jì)劃，同RAM計(jì)劃。（2）可維護(hù)性綜合分析報(bào)告，主要包括以下內(nèi)容：①按照項(xiàng)目的特點(diǎn)制定預(yù)防性維護(hù)周期；②子系統(tǒng)預(yù)防性維護(hù)分析；③子系統(tǒng)MTTR預(yù)測(cè)；④系統(tǒng)級(jí)可維護(hù)性分析；⑤結(jié)論。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容3.可維護(hù)性工作3）部分可維護(hù)性分析輸出示例鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容MTTR預(yù)測(cè)3糾正性維護(hù)分析2預(yù)防性維護(hù)分析1

鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容

鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容5.安全性工作1）安全性工作流程安全性工作流程如下：（1）根據(jù)技術(shù)規(guī)范編制安全保證計(jì)劃。（2）根據(jù)安全保證計(jì)劃開展初步危害分析，（3）由初步危害分析得出初步危害列表。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容5.安全性工作1）安全性工作流程安全性工作流程如下：（4）進(jìn)行詳細(xì)安全分析，詳細(xì)安全性分析結(jié)果將用來對(duì)列車的安全性進(jìn)行評(píng)估，一旦評(píng)估結(jié)果為可接受，將形成安全性綜合分析報(bào)告，安全流程結(jié)束。否則，對(duì)列車設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，重新開始安全性工作流程。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容5.安全性工作1）安全性工作流程安全性工作流程如下：（5）所有危害的識(shí)別、應(yīng)對(duì)措施、當(dāng)前狀態(tài)都將登記在危害日志中，危害日志同時(shí)反映列車識(shí)別危害的關(guān)閉及開口狀況。由上述過程可得安全性工作流程如圖8-14（見本書P305）所示。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容5.安全性工作2）部分安全性活動(dòng)的輸出（1）安全保證計(jì)劃，主要包括以下內(nèi)容：鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容整車與子系統(tǒng)級(jí)RAMS人員的職責(zé)對(duì)車輛系統(tǒng)的功能劃分和定義關(guān)鍵術(shù)語的定義安全性分類的準(zhǔn)確定義①③②④5.安全性工作2）部分安全性活動(dòng)的輸出（1）安全保證計(jì)劃，主要包括以下內(nèi)容：鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容嚴(yán)重性分類頻率分類風(fēng)險(xiǎn)的分類安全性各階段的主要活動(dòng)和提交的文件⑤⑦⑥⑧5.安全性工作2）部分安全性活動(dòng)的輸出（2）初步危害分析，主要包括以下內(nèi)容：鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容初步危害識(shí)別整車與子系統(tǒng)級(jí)RAMS人員的職責(zé)列車或車輛常見事故列表進(jìn)行初步危害矩陣列表，列出與事故有關(guān)的功能矩陣④②①③5.安全性工作2）部分安全性活動(dòng)的輸出（2）初步危害分析，主要包括以下內(nèi)容：鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容分析故障原因及后果制定危害消除/減輕措施確定下一步開展故障樹分析的頂事件⑥⑤⑦5.安全性工作2）部分安全性活動(dòng)的輸出（3）安全性綜合分析報(bào)告，主要包括以下內(nèi)容：鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容列車及子系統(tǒng)描述子系統(tǒng)安全性分析列車安全性分析危害日志①③②④結(jié)論⑤6.RAMS分析故障率數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)來源從優(yōu)先順序來講主要有以下四種：鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.2RAMS研究工作內(nèi)容單擊此處添加副標(biāo)題（2）供應(yīng)商數(shù)據(jù)（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)（4）預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)（1）現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)故障樹是描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關(guān)系，表明產(chǎn)品哪些組成部分的故障或外界事件或它們的組合將導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生一種給定故障的邏輯圖。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.3FTA知識(shí)概述1FTA概念FTA即故障樹分析，它是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)可能造成系統(tǒng)失效的各種因素（包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等）進(jìn)行分析，畫出邏輯框圖（失效樹）,從而確定系統(tǒng)失效原因的各種可能組合方式，計(jì)算系統(tǒng)失效概率，采取相應(yīng)的糾正措施，以提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計(jì)分析方法。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.3FTA知識(shí)概述1FTA概念2（1）幫助確定可能發(fā)生的故障模式和原因，以及它們的組合關(guān)系；（2）事先花時(shí)間對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，以低成本進(jìn)行改進(jìn)；（3）降低未來更大損失發(fā)生的可能性；（4）進(jìn)行事故調(diào)查和分析。FTA目的、作用1）FTA目的鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.3FTA知識(shí)概述2FTA目的、作用（1）發(fā)生重大故障或事故后，F(xiàn)TA是故障調(diào)查的一種有效手段，它可以系統(tǒng)而全面地分析事故原因，為故障“歸零”提供支持。（2）FTA可以指導(dǎo)故障診斷、改進(jìn)使用和維修方案等。（3）通過FTA可以確定故障樹構(gòu)成。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.3FTA知識(shí)概述2）FTA作用3故障樹中常用符號(hào)圖示及說明如表8-2所示（見本書P307）。構(gòu)造故障樹的圖示與步驟如圖8-15（見本書P307）所示。1）構(gòu)造故障樹FTA實(shí)施方法鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.3FTA知識(shí)概述割集是故障樹中一些底事件的集合，當(dāng)這些底事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，必然導(dǎo)致頂事件的發(fā)生。若某割集中所含的底事件任意去掉一個(gè)就不再成為割集，則這個(gè)割集就是最小割集。這里給出一個(gè)最小制集確定的實(shí)例，如圖8-16所示（見本書P308）。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.3FTA知識(shí)概述3FTA實(shí)施方法2）確定最小割集3從頂事件開始，逐級(jí)向下尋查，找出割集。因?yàn)橹痪蜕舷孪噜弮杉?jí)來看，與門只增加割集階數(shù)，或門只增加割集個(gè)數(shù)，不增加割集階數(shù)，所以規(guī)定在下行過程中，順次將邏輯門的輸出事件置換為輸入事件。2）確定最小割集FTA實(shí)施方法鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.3FTA知識(shí)概述遇到與門就將其輸入事件排在同一行，遇到或門就將其輸入事件各自排成一行，直到全部換成底事件為止。這樣得到割集后，再通過兩兩比較，劃去那些非最小割集，剩下的即為故障樹的全部最小割集。最小割集確定過程見表8-3（見本書P308）。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.3FTA知識(shí)概述3FTA實(shí)施方法2）確定最小割集這里給出FTA的一個(gè)實(shí)例，如圖8-17所示（見本書P309）。4FTA實(shí)例鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.3FTA知識(shí)概述5FTA小結(jié)（1）在產(chǎn)品研制早期就應(yīng)進(jìn)行FTA,以便早發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行改進(jìn)。隨著設(shè)計(jì)工作的進(jìn)展，F(xiàn)TA應(yīng)不斷補(bǔ)充、修改、完善。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.3.3FTA知識(shí)概述5FTA小結(jié)（2）故障樹應(yīng)由設(shè)計(jì)人員在FMEA基礎(chǔ)上建立，可靠性專業(yè)人員協(xié)助、指導(dǎo)，并由有關(guān)人員審查，以保證故障樹邏輯關(guān)系的正確性。（3）應(yīng)通過FMEA找出影響安全及任務(wù)成功的關(guān)鍵故障模式（即I、Ⅱ類嚴(yán)酷度的故障模式）作為頂事件，建立故障樹進(jìn)行多因素分析，找出各種故障模式組合，8.3.4RAMS典型參數(shù)和符號(hào)可靠性參數(shù)的符號(hào)及尺寸如表8-4（見本書P310）所示。可靠性理論1可維護(hù)性參數(shù)的符號(hào)及尺寸如表8-5（見本書P310）所示?？删S護(hù)性參數(shù)2可用性參數(shù)的符號(hào)及尺寸如表8-6（見本書P310）所示。可用性理論38.3.4RAMS典型參數(shù)和符號(hào)邏輯支持參數(shù)的符號(hào)及尺寸如表8-7（見本書P311）所示。邏輯支持參數(shù)4安全參數(shù)的符號(hào)及尺寸如表8-8（見本書P311）所示。安全參數(shù)5貨車三維設(shè)計(jì)4三維實(shí)體設(shè)計(jì)是指工程設(shè)計(jì)人員利用計(jì)算機(jī)及三維CAD軟件系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。三維實(shí)體設(shè)計(jì)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要工具，在世界范圍內(nèi)得到越來越廣泛的應(yīng)用，對(duì)企業(yè)提高產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)能力起到了巨大的推動(dòng)作用。我國(guó)制造業(yè)信息化工程也將三維實(shí)體設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)支持開發(fā)和重點(diǎn)推廣應(yīng)用的共性關(guān)鍵技術(shù)之一。三維實(shí)體設(shè)計(jì)作為一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，已經(jīng)在眾多的機(jī)械制造企業(yè)取得了重大的成功，特別是通過三維的動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，提前杜絕了多數(shù)的設(shè)計(jì)問題，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品研制周期，使企業(yè)能夠取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。近年來，隨著國(guó)外先進(jìn)三維設(shè)計(jì)軟件在鐵路貨車行業(yè)的不斷應(yīng)用，眾多鐵路貨車企業(yè)紛紛采用三維實(shí)體設(shè)計(jì)手段，使貨車整體設(shè)計(jì)水平得到了較大的提高。China'skeyShanghaiCompositeIndexhelditspoisethroughthemarketjittersbuthasstillfallen9.38percentsincethebeginningoftheyear,closingat2,763.99onFriday.TheChiNextindex,trackingShenzhen'sinnovativestartup-heavyboard,hasshed16.86EXPANDINGTHELOGISTICSSERVICES為認(rèn)識(shí)三維設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，首先對(duì)現(xiàn)行的二維設(shè)計(jì)的特點(diǎn)作一個(gè)簡(jiǎn)單分析。傳統(tǒng)的CAD技術(shù)以平面設(shè)計(jì)為主，設(shè)計(jì)者必須在大腦中把三維形體抽象出平面的三向視圖加以表達(dá)，難免出現(xiàn)表達(dá)差錯(cuò)和缺漏；圖形和數(shù)據(jù)相分離，圖形和工程數(shù)據(jù)的聯(lián)系基本上靠人腦實(shí)現(xiàn)；設(shè)計(jì)的正確性要靠經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷來確定；許多在設(shè)計(jì)階段可以糾正的差錯(cuò)，常常出現(xiàn)在施工階段；施工人員不得不先將平面信息想象成三維的形體才能付諸實(shí)施，表達(dá)和理解的差異往往帶來差錯(cuò)。8.4.1特點(diǎn)China'skeyShanghaiCompositeIndexhelditspoisethroughthemarketjittersbuthasstillfallen9.38percentsincethebeginningoftheyear,closingat2,763.99onFriday.TheChiNextindex,trackingShenzhen'sinnovativestartup-heavyboard,hasshed16.86EXPANDINGTHELOGISTICSSERVICES三維設(shè)計(jì)技術(shù)將現(xiàn)實(shí)虛擬化，形成了圖形與工程數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、主觀與客觀的統(tǒng)一、理論與現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)一，真正將工廠建到了“紙”上；設(shè)計(jì)人員的主要精力不用放在枯燥、煩瑣的三維到二維的轉(zhuǎn)化上，而是考慮如何使方案更合理化；將復(fù)雜的書面圖紙轉(zhuǎn)化為專業(yè)化模型的提交，實(shí)現(xiàn)專業(yè)間無縫連接；8.4.1特點(diǎn)China'skeyShanghaiCompositeIndexhelditspoisethroughthemarketjittersbuthasstillfallen9.38percentsincethebeginningoftheyear,closingat2,763.99onFriday.TheChiNextindex,trackingShenzhen'sinnovativestartup-heavyboard,hasshed16.86EXPANDINGTHELOGISTICSSERVICES所有設(shè)計(jì)修改均在三維模型上進(jìn)行，所有的設(shè)計(jì)成品都從經(jīng)過修改的模型上抽取，保證了設(shè)計(jì)成品的一致性，可以隨意實(shí)現(xiàn)二維出圖，使得出圖質(zhì)量和速度大大提高；三維漫游通過虛擬的三維空間直觀、真實(shí)地展示設(shè)計(jì)方案，通過干涉檢查等手段可以提前發(fā)現(xiàn)專業(yè)內(nèi)、外的配合問題，使施工階段的差錯(cuò)大大減少；通過模擬拆裝過程、施工狀態(tài)等手段可以迅速確定合理的裝配路徑和施工方案，大大縮小了設(shè)計(jì)與施工的思維差異。8.4.1特點(diǎn)China'skeyShanghaiCompositeIndexhelditspoisethroughthemarketjittersbuthasstillfallen9.38percentsincethebeginningoftheyear,closingat2,763.99onFriday.TheChiNextindex,trackingShenzhen'sinnovativestartup-heavyboard,hasshed16.86EXPANDINGTHELOGISTICSSERVICES三維技術(shù)之所以能迅速成為CAD技術(shù)的主流，是因?yàn)樗性S多傳統(tǒng)的平面二維設(shè)計(jì)所無法比擬的優(yōu)越性。三維技術(shù)利用計(jì)算機(jī)提供一個(gè)三維空間，設(shè)計(jì)人員可以直接在這個(gè)三維空間里建造物體模型，表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖，對(duì)幾何形體描述得更加真實(shí)、準(zhǔn)確和全面。與二維設(shè)計(jì)相比，三維設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可以從空間不同角度觀察和操作對(duì)象，有利于設(shè)計(jì)方案的形成，也有利于與不熟悉平面圖、剖視圖的人員交流設(shè)計(jì)思想，讓他們更容易了解設(shè)計(jì)思路。8.4.1特點(diǎn)China'skeyShanghaiCompositeIndexhelditspoisethroughthemarketjittersbuthasstillfallen9.38percentsincethebeginningoftheyear,closingat2,763.99onFriday.TheChiNextindex,trackingShenzhen'sinnovativestartup-heavyboard,hasshed16.86EXPANDINGTHELOGISTICSSERVICES與二維設(shè)計(jì)相比，三維設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（2）從設(shè)計(jì)方案的三維模型即可快速得到裝配體、零件等的主視圖、俯視圖、左視圖以及任意角度的平面投影圖、透視圖等，并可以將模型輸出為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的工程圖紙，提高設(shè)計(jì)效率，降低錯(cuò)誤發(fā)生的概率。（3）利用三維模型的著色和渲染功能，可以得到設(shè)計(jì)方案的三維效果圖，這使得設(shè)計(jì)人員和決策人員在產(chǎn)品投產(chǎn)和工程項(xiàng)目投標(biāo)之前就能全面、準(zhǔn)確地了解其外觀，有助于設(shè)計(jì)的決策，可以縮短審批周期，加快產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程。8.4.1特點(diǎn)China'skeyShanghaiCompositeIndexhelditspoisethroughthemarketjittersbuthasstillfallen9.38percentsincethebeginningoftheyear,closingat2,763.99onFriday.TheChiNextindex,trackingShenzhen'sinnovativestartup-heavyboard,hasshed16.86EXPANDINGTHELOGISTICSSERVICES與二維設(shè)計(jì)相比，三維設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（4）利用實(shí)體建模方法可以檢查零件的詳細(xì)情況，方便計(jì)算模型的體積、質(zhì)量、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)。這對(duì)于產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性分析以及工程項(xiàng)目的成本預(yù)算等都具有十分重要的意義。（5）三維設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造一體化的基礎(chǔ)，盡管CAD不具備CAM的功能，但它可以輸出DXF等標(biāo)準(zhǔn)文件，為其他專業(yè)的CAM軟件所共享。三維設(shè)計(jì)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出平面設(shè)計(jì)的繪圖功能，為工程設(shè)計(jì)帶來了巨大變革。8.4.1特點(diǎn)鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法目前常用的兩種設(shè)計(jì)過程是自底向上（Bottom-Up）和自頂向下（Top-Down）,自底向上的主要思路是先設(shè)計(jì)好各個(gè)零件（可以由不同的人來完成）,然后將這些零件拿到一起進(jìn)行裝配，如果在裝配過程中發(fā)生零件干涉或不符合設(shè)計(jì)意圖就對(duì)零件進(jìn)行修改，不斷重復(fù)這個(gè)修改過程，直到設(shè)計(jì)滿意為止。由此可見，如果在設(shè)計(jì)階段沒有做出很好的規(guī)劃，沒有一個(gè)全局考慮，就會(huì)使設(shè)計(jì)過程重復(fù)工作很多，造成時(shí)間和人員的浪費(fèi)，使工作效率降低。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法這種方法不能完全利用三維設(shè)計(jì)軟件的功能完整地描述產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，即使能完成部分模型的三維設(shè)計(jì)，也僅僅描述實(shí)體模型中幾何要素的低級(jí)關(guān)聯(lián)信息，沒有很好地確定零、部件之間內(nèi)在的關(guān)聯(lián)和約束。自頂向下是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，是在產(chǎn)品研發(fā)的初期就按照產(chǎn)品的功能要求先定義產(chǎn)品架構(gòu)并考慮組件與零件、零件與零件之間的約束和定位關(guān)系，在完成產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，再進(jìn)行單個(gè)零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法這種設(shè)計(jì)過程能夠最大限度地減少設(shè)計(jì)階段不必要的重復(fù)工作，有利于提高工作效率。在方案設(shè)計(jì)過程中可以對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵零件進(jìn)行仿真優(yōu)化和強(qiáng)度、剛度校核，從而使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更可靠。目前，世界上流行的工業(yè)設(shè)計(jì)軟件如UG、Pro/ENGINEER、CATIA、I-DEAS、SolidWorks等都提供了完整的Top-Down設(shè)計(jì)方案，可以定義頂層的設(shè)計(jì)意圖并從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的頂層向下傳遞信息到有效的子裝配或零件中。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法Top-Down設(shè)計(jì)在組織方式上具有這樣幾個(gè)主要設(shè)計(jì)理念：確定設(shè)計(jì)意圖；規(guī)劃、創(chuàng)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；規(guī)劃產(chǎn)品的三維空間；通過產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)層次共享設(shè)計(jì)信息；元件之間獲取信息。在構(gòu)建大型裝配的概念設(shè)計(jì)時(shí)，Top-Down設(shè)計(jì)技術(shù)是駕取和控制這些軟件相關(guān)性設(shè)計(jì)工具最好的方法。目前我國(guó)鐵路貨車企業(yè)主要使用的三維CAD設(shè)計(jì)軟件有UGNX、Pro/E、CATIA、I-DEAS、SolidWorks、SolidEdge等，盡管三維CAD軟件各具特色，在具體操作方法上有一定差異，但主流、高端的三維CAD軟件提供的主要功能基本相同。“”1鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法主要軟件及功能UG

NX系列軟件是由西門子公司推出的三維CAD軟件。該軟件可實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品分析，再到產(chǎn)品加工的整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程。NX產(chǎn)品開發(fā)解決方案完全支持制造商所需的各種工具，可用于管理過程并與擴(kuò)展的企業(yè)共享產(chǎn)品信息，NX與UGSPLM的其他解決方案的完整套件無縫結(jié)合。這些對(duì)于這些對(duì)于CAD、CAM和CAE在可控環(huán)境下的協(xié)同、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字化實(shí)體模型和可視化都是一個(gè)補(bǔ)充。1主要軟件及功能1）UGNX系列軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法UGNX5.0的主要功能包括：（1）工業(yè)設(shè)計(jì)和造型（CAID）功能。UGNX5.0集成了工業(yè)設(shè)計(jì)和造型的解決方案，用戶能夠利用涵蓋建模、裝配、制造和產(chǎn)品生命周期等功能的工具包。CAID與傳統(tǒng)的CAD、CAE和CAM工具相結(jié)合，能夠提供完整的工業(yè)設(shè)計(jì)和高級(jí)的表面處理解決方案。1主要軟件及功能1）UGNX系列軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法UGNX5.0的主要功能包括：（2）產(chǎn)品設(shè)計(jì)（CAD）功能。這是三維CAD軟件最重要、最基本的功能。UGNX5.0具有建模模塊（實(shí)體建模、特征建模和自由現(xiàn)狀建模）、裝配模塊（基本裝配模塊、高級(jí)裝配模塊、虛擬現(xiàn)實(shí)裝配模塊和漫游模塊）和制圖模塊等，還具有專業(yè)的管路和線路設(shè)計(jì)系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料件設(shè)計(jì)功能和其他行業(yè)設(shè)計(jì)所需的專業(yè)應(yīng)用程序。1主要軟件及功能1）UGNX系列軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法UGNX5.0的主要功能包括：（3）產(chǎn)品工程分析（CAE）功能。UGNX5.0的產(chǎn)品輔助工程工具包含了有限元分析、機(jī)構(gòu)學(xué)和注塑模分析等，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)仿真和設(shè)計(jì)驗(yàn)證等，可以滿足工程計(jì)算需求、縮短設(shè)計(jì)周期、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、提高安全可靠性。1主要軟件及功能1）UGNX系列軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法UGNX5.0的主要功能包括：（4）產(chǎn)品制造（CAM）功能。UGNX5.0具有的產(chǎn)品輔助制造工具主要包括車加工、三軸加工、五軸加工、高速加工和型芯、型腔銑削等，用以改善NC編程和加工過程，并進(jìn)行加工仿真，提高產(chǎn)品加工制造效率，減少產(chǎn)品加工制造時(shí)間，（5）二次開發(fā)和Internet發(fā)布等功能。1主要軟件及功能1）UGNX系列軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法Pro/E（全稱Pro/ENGINEER）是美國(guó)PTC公司開發(fā)的三維CAD軟件。該軟件包括了工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的功能，以及對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等功能。1主要軟件及功能2）Pro/E軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法Pro/E軟件的主要特性包括：（1）全相關(guān)性：Pro/E的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮作用。1主要軟件及功能2）Pro/E軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法Pro/E軟件的主要特性包括：（2）基于特征的參數(shù)化造型：Pro/E使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對(duì)象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易地進(jìn)行修改。例如，設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等，它們對(duì)工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。1主要軟件及功能2）Pro/E軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法Pro/E軟件的主要特性包括：（3）裝配、加工、制造以及其他學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)有的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性）,然后修改參數(shù)，很容易地進(jìn)行多次設(shè)計(jì)迭代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。1主要軟件及功能2）Pro/E軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法Pro/E軟件的主要特性包括：（4）數(shù)據(jù)管理：加速投放市場(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品，為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了Pro/E獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而數(shù)據(jù)管理成為可能。1主要軟件及功能2）Pro/E軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法Pro/E軟件的主要特性包括：（5）裝配管理：Pro/E的基本結(jié)構(gòu)能夠使用戶利用一些直觀的命令，例如“嚙合”“插入”“對(duì)齊”等很容易地把零件裝配起來，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。1主要軟件及功能2）Pro/E軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法Pro/E軟件的主要特性包括：（6）易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得該軟件容易學(xué)習(xí)和使用。1主要軟件及功能2）Pro/E軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法1主要軟件及功能CATIA（全稱ComputerAidedTri-dimensionalInterfaceApplication）是法國(guó)達(dá)索（DassaultSystem）公司的CAD/CAE/CAM一體化軟件。作為PLM協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段，具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。3）CATIA軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法1主要軟件及功能模塊化的CATIA系列產(chǎn)品旨在滿足客戶在產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)中的需要，包括風(fēng)格和外形設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、設(shè)備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機(jī)、機(jī)械加工、分析和模擬。CATIA產(chǎn)品基于開放式可擴(kuò)展的V5架構(gòu)。CATIA具有先進(jìn)的混合建模技術(shù)。設(shè)計(jì)對(duì)象的混合建模：在CATIA的設(shè)計(jì)環(huán)境中，無論是實(shí)體還是曲面，都能實(shí)現(xiàn)真正的互操作；變量和參數(shù)化混合建模；在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者不必考慮如何參數(shù)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，因?yàn)镃ATIA提供了變量驅(qū)動(dòng)及后參數(shù)化能力。3）CATIA軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法1主要軟件及功能CATIA所有模塊具有全相關(guān)性，由于CATIA的各個(gè)模塊基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，因此CATIA的各個(gè)模塊存在著真正的全相關(guān)性。三維模型的修改能完全體現(xiàn)在二維，有限元分析，以及模具和數(shù)控加工的程序中。3）CATIA軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法I-DEASNX是西門子公司開發(fā)的CAD/CAM軟件，該軟件是高度集成化的CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)。它能幫助工程師以極高的效率，在單一數(shù)字模型中完成從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真分析、測(cè)試直至數(shù)控加工的產(chǎn)品研發(fā)全過程，I-DEAS是全世界制造業(yè)用戶廣泛使用的大型CAD/CAE/CAM軟件，國(guó)外許多著名公司，如波音、索尼、三星、現(xiàn)代、福特等均是I-DEAS的用戶。1主要軟件及功能4）I-DEASNX軟件SolidWorks是SolidWorks公司開發(fā)的三維CAD軟件，它具有三維設(shè)計(jì)、仿真分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，該軟件采用Windows圖形用戶界面，是基于特征、參數(shù)化、實(shí)體建模的設(shè)計(jì)工具，可以創(chuàng)建全相關(guān)的三維實(shí)體模型。設(shè)計(jì)過程中，實(shí)體之間可以存在或者不存在約束關(guān)系，可以利用自動(dòng)的或用戶定義的約束關(guān)系來體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。1主要軟件及功能5）SolidWORKS軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法SolidEdge軟件是西門子公司基于Windows平臺(tái)開發(fā)的一款三維CAD軟件，該軟件將普及型CAD系統(tǒng)與實(shí)體造型引擎結(jié)合在一起，提供了從二維視圖到三維實(shí)體的轉(zhuǎn)換工具，用戶可以利用以前繪制的二維圖進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)，該軟件支持自頂向下和自底向上的設(shè)計(jì)思想，具有實(shí)體建模、鈑金設(shè)計(jì)、大裝配設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造信息管理、生產(chǎn)出圖、價(jià)值鏈協(xié)同、內(nèi)嵌的有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等功能，以及簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)。1主要軟件及功能6）SolidEdge軟件鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法進(jìn)行鐵路貨車產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)貨車產(chǎn)品的總布置要求和造型定義該貨車的總體參數(shù)（又稱全局參數(shù)）；其次定義產(chǎn)品各大總成和零部件間的控制結(jié)構(gòu)關(guān)系（類似于裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系）,這種控制結(jié)構(gòu)關(guān)系使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)具體化；再次建立產(chǎn)品零部件（子系統(tǒng)、子體）間的相關(guān)性。這樣，我們就可以通過少數(shù)的總體參數(shù)來定義、控制和更改產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以適應(yīng)快速的市場(chǎng)變化要求。2鐵路貨車三維設(shè)計(jì)的流程鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法貨車三維設(shè)計(jì)可分為以下六個(gè)階段：（1）進(jìn)行開發(fā)論證，確定車輛的載重、容積等主要性能參數(shù)，車輛的長(zhǎng)度、寬度、高度和車輛定距等關(guān)鍵尺寸參數(shù)以及車輛的總體結(jié)構(gòu)。（2）劃分車輛部件，以部件為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，鐵路貨車通常分為車體、制動(dòng)裝置、車鉤緩沖裝置和轉(zhuǎn)向架四大部分。（3）進(jìn)行貨車數(shù)字樣機(jī)的仿真分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。一般在完成車輛主要承載結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體設(shè)計(jì)后進(jìn)行仿真分析，根據(jù)仿真分析結(jié)果，優(yōu)化車輛的設(shè)計(jì)參數(shù)或結(jié)構(gòu)。2鐵路貨車三維設(shè)計(jì)的流程鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法貨車三維設(shè)計(jì)可分為以下六個(gè)階段：（4）進(jìn)行車輛零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成車輛全部三維實(shí)體模型。（5）利用車輛的三維實(shí)體模型制作二維工程圖，（6）根據(jù)車輛的樣機(jī)試制、試驗(yàn)情況以及樣機(jī)的鑒定意見優(yōu)化車輛三維實(shí)體結(jié)構(gòu)、調(diào)整二維工程圖，完成車輛的定型設(shè)計(jì)。貨車三維實(shí)體設(shè)計(jì)的流程如圖8-18（見本書P317）所示。2鐵路貨車三維設(shè)計(jì)的流程鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法三維實(shí)體設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化包括兩個(gè)方面的含義：3標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)二是三維設(shè)計(jì)的產(chǎn)品必須符合相關(guān)的國(guó)家、行業(yè)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證產(chǎn)品的有效性和正確性。一是必須按企業(yè)制定、發(fā)布的操作規(guī)范使用三維設(shè)計(jì)軟件，包括設(shè)置統(tǒng)一的建模環(huán)境、定制統(tǒng)一的三維實(shí)體建?；蚨S工程圖的模板文件、制定合理的三維文件管理規(guī)則等內(nèi)容；鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法模塊化設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜產(chǎn)品時(shí)自頂向下逐層把產(chǎn)品劃分成若干模塊的過程。產(chǎn)品的三維實(shí)體建模、裝配過程本身就是一種模塊化設(shè)計(jì)行為，通過裝配不同的零部件使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)不同的功能，滿足用戶的不同需求。3標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法實(shí)際運(yùn)用中，模塊化設(shè)計(jì)大量應(yīng)用在兩個(gè)方面：一是建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，如螺栓、螺母等標(biāo)準(zhǔn)緊固件庫(kù)，其特點(diǎn)是每種類型的零件均有多種規(guī)格，數(shù)量較多，但同一類型零件的結(jié)構(gòu)相似、建模過程完全相同，只是尺寸有差別；二是建立通用配件庫(kù)，這類產(chǎn)品一般為成熟、定型的產(chǎn)品，其接口形式和尺寸是確定的，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用。進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先建立必要的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、通用配件庫(kù)，并根據(jù)需要進(jìn)行補(bǔ)充、完善，方便設(shè)計(jì)人員調(diào)用，避免重復(fù)建模，從而提高設(shè)計(jì)效率。3標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化已成為現(xiàn)今產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，在保持產(chǎn)品基本模塊的基礎(chǔ)上，通過模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，可以方便地實(shí)現(xiàn)內(nèi)部功能的整合、外部功能的擴(kuò)展，既保持了成熟產(chǎn)品的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)，又大大拓展了產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展的空間。3標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)取代傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)已是必然趨勢(shì)，三維CAD、CAE、CAM以及自動(dòng)化測(cè)量集成化的應(yīng)用將持續(xù)快速增長(zhǎng)。目前，以二維工程圖為主體的技術(shù)信息標(biāo)準(zhǔn)體系在某些方面已無法滿足數(shù)字化環(huán)境，特別是三維CAD環(huán)境下的產(chǎn)品技術(shù)信息表示、處理和集成的標(biāo)準(zhǔn)化要求，三維CAD應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化需求日益迫切。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法4三維實(shí)體制圖標(biāo)準(zhǔn)各企業(yè)都針對(duì)自己的需求和應(yīng)用情況制訂了各自的三維CAD標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中主要包括標(biāo)準(zhǔn)模板、常用件設(shè)計(jì)文件命名規(guī)則、參數(shù)的定義、左右件的處理、鈑金件設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用等基本規(guī)定。然而，這樣沒有統(tǒng)一的規(guī)范，不利于企業(yè)之間相互進(jìn)行交流。目前，全國(guó)技術(shù)產(chǎn)品文件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)正在制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《三維CAD應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》。鐵路貨車設(shè)計(jì)與制造8.4.2方法4三維實(shí)體制圖標(biāo)準(zhǔn)該標(biāo)準(zhǔn)包括術(shù)語與定義、數(shù)據(jù)集的識(shí)別與控制、數(shù)據(jù)集要求、設(shè)計(jì)模型要求、產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)通用要求、幾何建