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高速动车组构架强度有限元分析

发布于:2018-10-14 17:07
有限元分析

      构架是转向架的主体,是连接转向架其它部分的骨架,它不仅承受车体上部所有设备的重量,而且承受和传递车辆在运行中产生的各种不同方向和随机运行中经常变化的动作用力。影响高速列车运行安全的是形形色色失效带来的结构可靠性,机车车辆的主要结构疲劳问题出现在转向架构架上。因此,构架必须要具有足够的强度和刚度,以保证车辆服役时的安全性和可靠性,需要对其进行详细的有限元分析
      以某型高速动车组转向架构架为研究对象,构架的实体模型如图所示。构架采用H型焊接结构,由侧梁、横梁、纵向连接梁、空气弹簧支撑梁及其它焊接附件组成。构架的主要承载构件采用耐候钢,材料性能参数如表。通常按照“保证计算精度的前提下,尽可能减小计算规模”的原则建立有限元模型。对构架模型进行离散,建立构架的有限元模型,如图所示,得到490659个节点,168453个单元。构架的主动施力部位添加载荷,在构架的被动受力部位添加约束。在构架的一系弹簧座处添加固定约束,载荷根据规定要求分别添加,包括构架上部载荷及各吊座处的悬吊载荷。
      作用于构架上的载荷主要包括垂向载荷、横向载荷、扭曲载荷、制动载荷和纵向载荷。按照《暂规》要求,计算超常工况和模拟运营工况的载荷值。超常载荷是运用中可能发生的最大载荷,在车辆的使用寿命中出现次数极少。超常工况下的载荷计算值如表所列。模拟运营载荷是实际运营中经常发生的载荷,出现极为频繁,它为转向架构架的疲劳分析与疲劳试验提供了准静态和动态载荷值。模拟运营工况的载荷计算值如表所列。
      超常工况各载荷单独作用下构架的应力如图所示。超常工况下构架的最大应力为183MPa,位于空气弹簧座下盖板与侧梁连接处,小于材料的屈服极限,不会产生永久塑性变形,满足规定要求。模拟运营工况1,10,11,12下构架的应力如图所示。工况11下,构架的最大应力为190MPa位置处于空气弹簧支撑梁下盖板与侧梁侧板连接处,小于材料的需用应力,不会产生塑性变形,满足要求。
      根据模拟运营工况下构架的应力云图,选取应力较大位置作为疲劳校核点,校核点的应力情况如表所列。利用Goodman-Smith疲劳极限图对构架的四个关键位置进行校核,校核结果如图所示,校核点的应力全部位于包络线内部,满足疲劳强度要求。
      以某型动车组构架为研究对象,参考《暂规》标准,对构架的强度进行了校核。(1)在超常工况下,构架的应力小于材料的屈服极限,不会产生永久塑性变形。(2)根据模拟运营工况下计算的应力结果,对构架的关键位置进行了疲劳校核,校核点的应力全部位于疲劳极限图内部,满足疲劳强度要求。


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