高速转向架构架强度的仿真计算和试验研究

1、高速转向架构架强度的仿真计算和试验研究         为了保证高速机车运行的安全性、稳定性，转向架构架必须进行轻型化、等刚度、等强度设计，以获得最好的强度和最小的质量，这对高速转向架构架的开发设计、仿真计算分析和试验研究都提出了非常高的要求。    构架结构    新开发设计的构架是由箱形梁组成的“口”字形框架结构。其侧梁为中部下凹式的变截面箱形结构。在每个侧梁的中部焊装有两个二系弹簧安装座，一个横向减震器和横向止挡安装座。侧梁的外立板上焊装有两个一系垂向减震器座

2、、一个二系垂向减震器座、四块轴向横向止挡、一个抗蛇形减震器座。后端梁是直型箱型梁，其上盖板焊装有一个点头振动止挡座，两个驱动制动装置的安装吊座，构架结构的材料采用16Mn。    仿真计算分析    在本次仿真计算中，直接读取CAD软件Pro/E对构架按照设计方案图建立三维的构架模型到ANSYS软件，对模型进行一系列的技术处理，并在此基础上进行模型离散化，建立的三维有限元仿真计算模型如图1。图 1   计算模型图    构架的静强度和疲劳试验    该构架

3、的静强度和疲劳试验是由铁道部产品监督检验中心机车车辆检验站按照（暂规）进行的。                    构架疲劳试验的加载图式按图2执行。图2 转向架构架疲劳试验加载图式    仿真计算和试验结果比较    超常载荷下仿真计算值与试验值的对比    为了分析仿真计算和试验的准确性, 对11种不同工况下的载荷进行仿真

4、计算和试验对比, 发现两者的应力分布规律和应力值都吻合得很好。    列举：73节点应力的计算值与试验值对比曲线    模拟运营载荷状态下的仿真计算和试验结果分析图3  有限元计算结果的Goodman图    由图3和图4可见，各测点的应力幅值均落在安全范围之内。仿真计算和试验结果的相互验证是很成功的。    模态计算结果分析    为了研究构架的动力学性能，对构架进行了模态计算分析，当机车以300km/h高速运行时，离激扰频率较远，说

5、明构架具有足够的刚度。    疲劳试验结果分析    对构架的疲劳试验共进行了三个阶段的试验。    第一阶段：试验循环次数为6´106，经铁道部产品质量监督检验中心金属化学检验站进行探伤检查，未出现裂纹；    第二阶段：疲劳试验循环次数为2´106，经检查，未出现裂纹；    第三阶段：疲劳试验循环次数为2´106，经铁道部产品质量监督检验中心金属化学检验站进行探伤检查，未发现裂纹。  

6、60; 在当今国内外广泛应用虚拟样机技术对产品进行设计开发的时代，在产品的设计开发过程中用ANSYS对产品进行虚拟仿真分析，从而在产品的物理样机生产之前，就可预先获得产品的各种重要信息，并根据这些信息对产品进行评价。以便从根本上保证产品的质量，获得良好的产品性能，减少由于开发过程中所产生的误差流入生产过程，逐步减少物理样机的试制和试验的次数，缩短开发周期，从而降低成本。    在本案例所讨论的问题中，通过应用ANSYS仿真计算分析结果和试验验证的结果吻合得很好的事实，可以看出，如果仿真计算分析技术应用得好， 对计算模型和各种边界条件都处理得当，则完全可以减少物理样机的试验次数，以至于在不远的将来取代物理样机的某些试验，由此也足以看出仿真计算分析技术的应用前景。图4  工况1超常载荷下的应力分布图            图5 工况2超常载荷下的应力分布图图6  工况6超常载荷下的应力分