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一、地铁转向架构架典型形状焊缝温度场与应力场的有限元分析）焊接时的动态应力和残余应力是影响焊接结构断裂强度、疲劳强度以及抗腐蚀性等工作性能的重要因素，计算机的发展以及考虑材料力学性能随温度变化的热弹塑性有限元法的应用促进了对焊接过程中力学行为的研究。

本课题拟采用有限元分析方法对地铁转向架构架典型形状的焊缝的温度场及应力场进行数值模拟，以期找到引起转向架构架结构失效的主要原因，进而提出相应的解决方案，为地铁客车的安全运营奠定良好的理论基础。

主要研究内容有：（1）地铁转向架构架焊缝的典型特征；（2）地铁转向架构架焊缝温度场与应力场有限元分析的数学建模；（3）焊缝温度场与应力场的有限元分析。

1.1 地铁转向架的功能
铁路车辆大致可以分为车体、转向架、连接缓冲装置等部分。

转向架是铁路车辆的走行部分，它的作用是承受车体上部的重量，传递牵引力和制动力，缓和线路对车辆的冲击。

转向架一般包括轮对轴箱装置、弹性悬挂装置、构架和侧架、基础制动装置、车体支承装置等部分。

地铁车辆转向架结构比动车组转向架相对简单，是轨道交通车辆的重要组成部件之一，主要由构架、轮对组成、一系悬挂、二系悬挂、抗侧滚扭杆、基础制动系统、中央牵引单元、轮缘润滑系统组成及辅助装置等零部件组成。

转向架构件及各部件参数是否合理，直接影响车辆运行品质，动力性能和行车安全。

转向架的作用：
1、采用转向架可增加车辆的载重，长度和容积。

2、转向架相对车体可自由回转，使较长车辆自由通过小半径曲线。

3、安装了弹簧减振器，保证车辆具有良好的动力性能和稳定性。

4、支撑车体，承受各种载荷及作用力。

5、安装制动装置，并传送制动力。

6、安装电机及减速器，提供动力。

1.2 地铁转向架的结构设计
转向架的设计问题是铁路货车的设计中较为复杂的问题，车辆运行的安全性和平稳性主要取决于转向架设计是否合理。

转向架设计中弹簧减振器是关键部件，弹簧减振器的主要参数有二十多个，静态约束有十几条，车辆系统的振动（包括垂直、横向、滚摆、点头等形式），轮对的蛇行运动（低速、高速时不同）、列
车的曲线通过特性（通过弯道的抗倾覆、抗脱轨性能）等动力学性能直接与弹簧减振器的结构参数有关。

转向架的设计一般要经过设计参数、有限元分析和动力学性能校核三个步骤，目前的设计活动遵循“设计、分析、更改”的形式，即进行有限元分析或动力学性能校核发现不能满足要求，再返回设计部门进行修改。

由于涉及的参数较多，参数之间的耦合关系也比较复杂，转向架结构参数的设计往往需要较多时间。

尤其是结构参数对于车辆的动力学性能的影响，往往只能依靠设计人员的经验来进行判断，当模型比较复杂时，容易造成设计人员判断失误，工程更改则带来产品开发周期延长，质量水平下降等问题。

构架组成
转向架构架一般为‘H’型结构，是转向架的主要承载部件。

侧梁中部设有空气弹簧的安装座和横向减振器座。

横梁上设有电机吊座、齿轮箱吊座和牵引拉杆座。

抗侧滚扭杆座设置在两个侧梁的下部。

侧梁端部的四个起吊座可使构架或整个转向架被安全地吊起。

图2-1 转向架构架
构架是机车转向架最关键的零部件之一，也是转向架其它各零部件的安装基础，在机车的牵引运行中起传递牵引力、制动力、横向力及垂向力的作用，因此，机车转向架构架的可靠性对机车的性能和安全性有重大影响。

.1 焊缝的典型结构特征：
图4-1 焊缝模型简图。