某型转向架构架结构强度仿真分析

某型转向架构架结构强度仿真分析

李超

李超

中车唐山机车车辆有限公司河北唐山063035

摘要：本文依据标准EN13749：2011，对公司新研制转向架构架进行有限元分析。首先，利用Hypermesh软件对构架三维模型进行离散化处理。其次，在超常载荷工况和正常运营载荷工况作用下，利用ANSYS软件对构架进行有限元分析。仿真分析表明：新型转向架构架能够满足相关标准要求。

关键词：转向架构架；离散化处理；仿真分析

1.引言

2013年，国家提出“一路一带”合作倡议以来，中车唐山公司加快海外产业布局，尤其是沿线国家。针对不同国家铁路使用标准，中车唐山公司开发多种类型轨道交通产品满足各自市场需求。而转向架构架作为轨道交通车辆的关键部件之一，其性能好坏直接影响列车的运营安全和曲线通过性能[1]。本文依据EN13749：2011标准[2]，对公司最新研制的转向架构架进行有限元仿真计算，验证其结构是否合理，确保在实际运用中安全可靠。

2.构架简介

1.1构架结构

该型客车转向架构架为H形钢板焊接结构，主要由侧梁组成、横梁组成、抗蛇行减振器座、垂向止挡座、横向止挡座等部件组成。构架材料采用钢板、无缝钢管和各种铸锻件。侧梁钢板材质为符合标准EN10025的S355J2W+N材料，屈服强度为355MPa，横梁钢管材质为符合GB/T1591标准的Q345E材料，屈服强度为345MPa。制动安装座、制动吊梁采用铸件G20Mn5，抗蛇行减振器座、牵引拉杆座采用锻件，材质为Q345D。构架结构示意图见图1。

图1构架结构示意图

1.2标准及评判方法

根据EN13749：2011标准建立构架各工况载荷的计算方法，构架强度计算主要分为超常工况和正常运营工况。超常工况主要考察构架在超常载荷作用下，构架上各点应力均不得大于材料的许用应力，正常运营工况构架评定方法是在正常运营载荷作用下，材料利用度K[3]其值不得大于1，计算公式如下：

K=stresscalculated/stressallowable

式中，stressallowable根据材料Goodman-Smith图确定。

1.3有限元模型建立

使用Hypermesh软件对构架三维模型进行离散化处理。构架钢板采用壳单元shell181和实体单元solid185，车轴用beam188单元代替，一系悬挂采用弹性单元SPRING，构架有限元模型如图2所示。

图2构架有限元模型

1.4超常工况分析结果

利用ANSYS软件对构架进行超常工况仿真分析，得到各工况下计算结果。从而可知，构架最大应力为318.2MPa，如图3所示，小于母材Q345E的许用应力345MPa，构架结构符合静强度要求。

图3构架应力分布图

1.5正常运营工况分析结果

对构架在正常运营载荷工况作用下进行仿真分析，得到构架相关材料利用度分布图，见图4。由图4可知，材料利用度最大为0.87，小于目标值1。因此，构架疲劳强度满足相关要求。

图4构架材料利用度分布图

3.结论

本文依据EN13749：2011标准，在超常工况和正常运营工况载荷作用下，利用ANSYS软件对公司新研制的转向架构架进行结构强度仿真分析，结果显示：新研制转向架构架能够满足车辆运营要求。

参考文献：

[1]严隽耄.车辆工程[M].北京：中国铁道出版社，2003.

[2]EN13749.Railwayapplications-wheelsetsandbogies-Methodofspecifyingthestructuralrequirementsofbogieframes[S].2011.

[3]孙晖东，高晓霞，高峰，等.地铁转向架摇枕抗疲劳设计方法研究[J].机车电传动，2018.