基于RADIOSS的地铁车转向架构架的静强度分析_冯大建

1、基于RADIOSS 的地铁车转向架构架的静强度分析冯大建（同济大学 铁道与城市轨道交通研究院 上海 201804）摘要：本文运用Altair 公司的HyperMesh 软件建立了地铁车转向架构架的有限元模型，并参照UIC 615-4和JIS E 4208标准对构架施加载荷，采用RADIOSS 求解器求解构架在各附加工况下的应力，完成了构架的静强度分析。关键词：地铁车，构架，静强度，RADIOSS1.概述转向架是地铁车辆的重要部件之一，它直接承载车体重量, 保证车辆顺利通过曲线。同时,转向架的各种参数也直接决定了车辆的稳定性和车辆的乘坐舒适性。构架作为转向架其余零部件的安装基础，不仅要将车体重量

2、和运行中的振动载荷传递到轮对，还要承受连接在其上的牵引、制动与悬挂系统部件所产生的各向载荷1。由于构架有如此复杂的受力状态，因此，有必要在转向架的设计阶段对构架的强度进行评估。本文以某A型地铁车转向架的构架为研究对象，利用Altair公司的HyperMesh软件建立构架的有限元模型，并利用RADIOSS求解器软件求解构架在几种典型的工况下的应力，并用HyperView软件查看构架的应力分布，进行结果的后处理，从而完成了构架的静强度分析。2.构架的静强度分析2.1 构架的基本结构及有限元模型目前，全封闭箱型结构的H型构架应用广泛，该型构架用低合金高强度钢板焊接而成,具有质量轻、强度大、寿命长的特

3、点。构架主要由2根侧梁和2根横梁组成。侧梁与横梁内部设有多块筋板，用以加强构架的强度,提高构架主体结构的可靠性。构架的两侧梁两端有轴箱支座,可安装锥形弹簧；中部设有空气弹簧安装座。此外，构架上还有齿轮箱吊座、牵引拉杆座和电机吊座等结构，利用HyperMesh软件建立的构架的有限元模型如图1所示。 图1 构架的有限元模型2.2构架的静强度分析工况本文按照UIC 615-4和JIS E 4208标准对地铁车转向架构架进行强度计算，根据应力计算结果，评估构架的静强度。构架强度计算的载荷参照UIC 615-4和JIS E 4208标准中的附加载荷确定。附加载荷是车辆运用中构架上可能存在的最大载荷。有限

4、元分析过程中低合金3357. 8×10Kg /m 2. 1×10MPa 0. 3高强度钢材料的参数设置为：杨氏模量，泊松比，密度，屈服极限为360MPa 。根据标准可以得到构架的附加载荷主要有以下个工况组成：工况：垂向载荷168.24kN横向载荷124.64kN（向左）；工况：垂向载荷168.24kN横向载荷-124.64kN（向右）；工况：垂向载荷58.8kN，释放对角一系簧垂向约束；工况：垂向载荷58.8kN，两个牵引拉杆座个367.88/2kN；工况：垂向载荷58.8kN，两个电机座三向载荷为垂向68.52kN，-56.05kN，纵向±31. 15kN ，横

5、向±31. 15kN ；工况：垂向载荷58.8kN，两个齿轮箱吊座的载荷各。垂向载荷作用于左右空簧座盘位置；横向载荷作用在左右横向止挡处；斜对称载荷以一对角车轮完全失载的情况来模拟转向架的脱轨状态,通过释放对角一系簧垂向约束实现，同时左右空簧座盘位置施加垂向静载荷；纵向载荷作用在转向架的两个牵引拉杆座上；电机座载荷在电机质心位置施加集中载荷；齿轮箱吊座载荷施加在悬出来的两个吊座上2。2.3 构架的静强度应力结果根据上述工况及构架有限元模型，用RADIOSS求解器求解构架在各工况下的应力，并用HyperView查看构架的应力分布。从工况1的分析结果如图2所示，从图中可以看到，最大应力发

6、生在侧梁上盖板与横向止档和齿轮箱吊座上盖板接触的圆角过渡处，最大von-Mises应力为193.8Mpa。由于构架是斜对称结构，所以工况2的应力分布与工况1相似，最大应力发生在与工况1斜对称的位置，且应力大小接近。 图2 工况1的应力分布工况3主要考察相对于中心的抗扭转能力，用于校核对角车轮完全失载即转向架处于脱轨状态时构架的强度。由图3可以看出，最大应力为180.6MPa，发生在侧梁与横梁的下盖 板接触的圆角过渡处。图3 工况3的应力分布其他附加工况主要考察构架上的其他设备的安装部件的局部强度，根据RADIOSS计算结果可知，牵引座、电机吊座和齿轮箱吊座上的最大应力分别为155.5MPa、3

7、02.7MPa和84.66Mpa，限于篇幅本文不再给出这三种工况的应力分布图。根据上述应力分析结果可知，6种附加工况下，不管是构架的整体应力还是局部部件上的最大应力值都远小于低合金高强度钢的屈服极限360MPa，而且应力分布较均匀，不存在薄弱环节，表明该构架满足UIC 615-4和JIS E 4208标准中规定的的转向架构架的静强度要求。3结束语本文仅按照标准分析了构架的静强度，虽然得出了构架满足静强度要求的结论，但是在构架投入生产之前，还应进一步分析构架的疲劳强度和模态等项目，以对构架的整体和局部结构的合理性做进一步的研究。静强度分析结果表明构架在附加工况下可以正常工作，为这些后续的分析计算

8、奠定了基础，在构架的整个结构设计的过程中具有重要意义。4参考文献：1叶洪岩，邬平波. 转向架焊接构架静强度分析及疲劳强度评估J.铁道机车车辆人.2011(2,23.2胡哲夫，罗湘萍.A 型地铁车辆新型转向架的研制J.城市轨道交通研究.2009.Static Strength Analysis of Metro Vehicle BogieFrameFeng DajianAbstract ：This paper built the finite element model of A-type metro vehicle frame using HyperMesh engineering software, and applied six kinds of loads on the model according to the standards of UIC 615-4 and JIS E 4208.Then,the paper acquired the frames stress at all six ki