车架有限元分析

目录

一结构简介 (1)

二计算载荷工况 (2)

三有限元模型 (5)

四静强度分析结果 (10)

一、结构简介

本次作业以某转向架构架为几何模型，进行静强度分析，下图为本次计算针对的某型转向架几何模型，结构上由侧架、摇枕、转臂座、齿轮箱吊挂、轴箱吊挂、一系减震器座等组成。整个计算主要分为网格划分和静强度计算两个过程。

图1 某型转向架几何模型（a）

图2 某型转向架几何模型（b）

二、计算载荷工况

根据要求，对转向架采取如下的加载方式： 1、约束

图3 约束要求

如下的局部视图中圈出处即为所加的约束之一；

图4 模型中所加约束之一

在此点出建立Z 方向的

位移约束

在此点出建立X 、Z 方

向的位移约束

在此点出建立X 、Y 、Z 方向的位

移约束

在此点出建立Y 、Z 方

向的位移约束

2、载荷

图5 受力要求

模型中加载作用力的局部视图如下（注：图中坐标系中红色为X 轴，绿色为Y 轴，蓝色为Z 轴）；

图6 Z 轴正向26.2kN 的力

在此处加26.2KN 的力，力的方向为Z 轴负方向

在此处加26.2KN 的力，力的方向为Z 轴正方向

在此处加45.6KN 的力，力的方向为X 轴正方向中心销半圆内部分（Z 方向距上盖板80mm,距下盖板131mm ，X 方向距离圆心7mm ）

图7 Z轴负向26.2kN的力

图8 中心处加载X轴正向45.6kN的力计算工况如下表1所示

表1 工况

工况

横向

（X向）

纵向

（Y 向）

垂向

（Z向）

1 -- --

+

整个模型由两类网格组成：构架采用壳网格单元建立模型，转臂座构件采用六面体网格建立模型；其中壳网格单元以四边形网格为主。有限元模型重量为1422.015kg，结点总数为81382，单元总数为74991。有限元模型如图9~12所示。

图9 壳单元模型（1/4模型）

图10 转臂座实体网格模型

图11 整体网格（a）

图12 整体网格（b）

需考虑对各个连接处的连接方式，根据工厂要求，具体连接处及连接方式可参考如下要求。

1、用Beam188单元来模拟轴向吊挂上的螺栓连接，通过Rbe3固定；

2、在图中相应位置建立一系弹簧，此处弹簧具有X、Y、Z三个方向的刚度；通过Rbe3连接到上盖板；

3、转臂座上面作用四根二系弹簧单元，通过Rbe3单元固定在转臂座上；

4、实体单元和壳单元之间采用CP_STRUC单元连接，一系弹簧和二系弹簧之间用刚性元连接，限制六个自由度。为了保证计算精度，此处刚性元保证垂直于下盖板和转臂座底面；

5、为了便于ANSYS 计算，在图中相应位置建立质量点Mass 单元，质量点质量非常微小，只用于计算，对整体结构质量不起到影响。

具体在Hypermesh 软件中的连接方式，如下图13所示。

(a)

(b)

此处采用beam 单元模拟螺栓连接(梁截面直径d=30mm)即图中蓝色单元

此处采用rbe3单元模拟，即图中黄色单元

此处采用rbe3单元模拟，即图中黄色单元

一系弹簧采用弹簧单元模拟（此处共需建立三根弹簧单元，弹簧高度为226mm ，分别考虑X 、Y 、Z 三个方向刚度）

质量点Mass 单元

质量点Mass 单元

(c)

(d)

图13 连接处及连接方式

对于模型所附属性，其中材料属性及弹簧刚度见下表2

二系弹簧采用弹簧单元模拟（建立时需要建4根弹簧单元，以图中红色线均分成两段，每段建建立两根弹簧单元，分别考虑X 、Y 两个方向的刚度）

此处采用rbe3单元模拟，即图中黄色单元

两处的弹簧单元采用刚性元模拟连接

此处的实体网格与壳单元的连接采用刚性元模拟（单元类型选择CP_STRUC ）

四、静强度分析结果（一）综合位移结果

使用ANSYS软件对模型进行静强度计算，得出：综合位移最大值13.696mm，出现在一系弹簧附近，大小符合标准，综合位移云图如下图所示；

综合位移最

大点

图14综合位移计算云图

（二）最大Von.mises应力结果

使用ANSYS软件对模型进行静强度计算，得出：最大Von.mises应力为66.843Mpa，应

力最大点出现在其中一个转臂座的底部位置，大小符合应力围，应力云图如下图所示；

Von.mises应力最大点

图15 Von.mises应力计算云图

图16 最大Von.mises应力局部视图