机车转向架构架强度的有限元分析
新型地铁车辆转向架构架有限元模态分析
体结 构焊 接而成 。 果把 构架作 为一 个 整体零 件 建模 ， 如
需 要处 理 非 常多 的尺 寸关 系和 约 束条 件 ， 作 量 非常 操
大 。 果先 建立 各个零 件 的三维 模 型 ， 虚拟 装 配为装 如 再 配 体 ， 免 了构 架 作 为 整 体 零 件 建 模 的 缺 点 ， 快 速 建 避 能
维普资讯
新型地铁车辆转向架构架有限元模态分析★
口 李永春 口 张锁怀
西安
口 孙军帅
７ ０２ １０ １ 上海 ２ ０ ３ ０２ ５
１ 陕西科技大学 机电工程学 院 ．
２ 上海应用技术学院 机械与 自动化工程学院 ．
摘 要 ：在 三 维 实体 建 模 软 件 Ｓｌ Ｗｏｋ ｏｉ ｒｓ中建 立 了 某型 号 地 铁 车 辆 转 向架 构 架 三 维 实体 模 型 。 用 Ｓｌ Ｗｏ ｓ ｄ 应 ｏｉ ｒ 无缝 ｄ ｋ
Ｓ ｌ Ｗｏｋ ｏｉ ｄ ｒ ｓ及 Ｃ Ｓ Ｏ ＭＯＳ ｒｓ为 工 具 ， 析 其 模 态 ， Ｗｏｋ 分 研
究 其 振动特 性 。
１ 构 架 实体 模 型 的 建 立
该转 向架 构架 由低 合 金 结 构 钢 Ｓ ５ 德 国牌 号 ） Ｔ ２（ 焊 接成 箱形 梁组成 的 Ｈ形 无 端梁 结 构 ， 右 两侧 对称 左 布 置 的侧 梁 组 成 和 中 间 的横 梁 组 成 构 成 了 构 架 的 主 结 构 。 梁 主 要 由 内外 腹 板 、 梁 上 下 盖 板 、 框 上 下 盖 侧 侧 导
因此 ， 文 将 以某 一 新 型 转 向架 构 架 为 研 究 对 象 ， 本 以
图形 用 户 界 面 ， 够 快 速 地 按 照 转 向 架 各 个 零 件 工 程 能 图建 立 三 维 实 体 模 型 。
HXN5型机车转向架导框脚强度分析
导 框 脚 进 行 三 维 建 模 和 静 强 度 的 有 限 元 分 析 ，最 后 得 出 ＨＸ Ｎ５ 型 内燃 机 车导 框脚 的静 强度 分析 结果 。
２ 三维模型
ＨＸ Ｎ５ 型 内燃 机 车 导 框脚 主 要 为机 车 牵 引 ，过 曲线 ， 整 车 起 吊提 供支 撑 。因此 ，导 框 脚结 构 的稳 定 性直 接 影 响 机 车运 行 的安全 性和 叮靠 性 。
白雁 飞 王淑 琴 李 强
白雁 飞
豳 理 业 燃 王 白 兰 机 淑 雁 工 州 ， 车 琴 程 飞 交 工 转 师 通 学 （ 向 １ 大 学 ， ９ 架 ８ ２ 学 士 ６ ０ 设 ０ 车 ． 一 ９ 计 现 ） 年 辆 工 男 毕 从 作 业 程 事 ， 。 助 于 专 内
）女 ，助 理 讲 师 ，２ ０ ０ ９ 年毕 业于 兰州 交 通 大学 车辆 工程 专 业 ， 工 学 学士 ，现 从事 城 市轨 道 交通 相 关专 业课 程 教学 工作 。
为 ：Ｆ ２ ：１ ． ５ ． Ｇ／ ４＋ Ｆ ｚ
３ 工况与载荷
根据 转 向 架工 作 的 实际 情况 ，为 了验 证 在机 车 运 行时
可能 出现 的 最大 载荷 的共 同作 用 下 ，导 框脚 不 超过 本 身材
注：１ ． ５ 为安全系数 ；Ｇ 为轮对 （ 簧下 ）重量；Ｆ ｚ 为弹
பைடு நூலகம்
注： １ ． ５ 为 安 全 系数 ；Ｆ ｙ 为机 车 过 曲线 时轮 对 受 到 的 最 大横 向力 。 ３ ． １ ＿ ３ 工况 ３（ 起 吊工况 ） 当机 车 在 起 吊时 ， 簧 下 重 量 将 全 部 施 加 在 轮 对 托 座 上 ，轮对 托 座将 力 传递 到导 框 脚 ，因此所 受 到的 起 吊载 荷
转向架构架技术设计强度计算分析
2006年用户年会论文转向架构架技术设计强度计算分析张开林 肖守纳 [西南交通大学机车车辆研究所]转向架构架的强度计算依据UIC 515VE 标准，并参照《高速试验列车技术条件》有关规范进行的。
1. 构架计算模型：构架结构为中间加横梁的柜形结构，由两根侧梁、横梁、牵引横梁及前后端梁组成，构架结构示意图见图1。
构架的强度计算采用ANSYS 5.31软件完成。
针对构架结构特点对构架计算模型均采用板单元进行离散。
构架有限元分析计算模型的节点数为22921个，单元总数24845个，计算模型质量为3414.5kg，构架结构模型离散图见图2。
2. 计算载荷及计算工况2.1构架基本载荷 垂向静载荷(1)其中：Fz－构架一侧垂向静载荷（kN） Mc－动力车总质量（t） Mb－转向架质量（t）(2)其中： －左侧电机座垂向静载荷（kN） －电机质量（t）模拟营运横向载荷(3)其中：Fy－构架模拟营运横向载荷（kN） Fz－构架一侧垂向静载荷（kN） 最大可能横向载荷(4)g m m F b c z )2(41−=g m F d z 107'=)5.0(5.0g m F F b z y •+=)1210(0.2max g m F c y +='z F d m2006年用户年会论文其中：Fymax－构架最大可能横向载荷（kN） 模拟运营纵向载荷机车以250km/h 的速度运行时的牵引力。
模拟纵向冲击载荷（KN）(5)由基本参数计算各载荷值如下：2.2构架载荷组合工况根据上述基本载荷对构架的计算工况进行组合，其组合工况见表一。
对于作用在侧梁上的垂直÷向载荷按面力考虑； 对于作用在电机座上的垂向载荷按面力考虑； 对于纵向载荷，按线载荷作用于相应的位置；b s m g F •=3KNF KN F KN F KN F KN F KN F s y x y y z 0.721,5.120,5.746.245,2.169,3.218max max ======2006年用户年会论文对于横向载荷，按节点载荷作用于相应的位置。
CRH380B转向架构架结构强度及可靠性分析
CRH380B转向架构架结构强度及可靠性分析CRH380B转向架构架结构强度及可靠性分析引言：CRH380B是中国发展的一种高速铁路列车，其转向架构架结构的强度和可靠性是确保列车安全和正常运行的关键要素。
本文将对CRH380B转向架构架结构的强度和可靠性进行分析和探讨，以期为相关设计和改进提供参考。
一、转向架构架结构设计特点CRH380B转向架构架结构采用了先进的设计理念和技术，具有以下特点：1. 采用轻量化材料：为了减轻列车的整体重量，减少能耗，转向架架结构采用了轻质高强度铝合金材料。
2. 强度优化设计：通过有限元分析等方法，对转向架架结构进行力学分析，优化布置各个结构部件，以提高强度和刚度。
3. 振动减震措施：考虑到高速运行过程中存在的不确定性载荷和振动，转向架架结构采用了减震装置和缓冲器，以减少振动对架结构的冲击。
二、架结构强度分析为了确保CRH380B转向架架结构的强度，需要进行强度分析。
主要包括以下几个方面：1. 转向架荷载分析：根据列车运行条件和运行速度，对转向架受到的动车组内外力进行分析，考虑到列车行进过程中的加速度、曲线半径和坡度等因素。
2. 结点载荷计算：根据转向架的结构布局，确定各个关键节点的受力情况，计算节点处的应力和变形，分析其强度和稳定性。
3. 强度校核：对于转向架结构中的关键零部件，进行强度校核计算，以确保其满足设计要求和使用寿命。
三、架结构可靠性分析除了强度分析外，转向架架结构的可靠性也是一项重要指标。
主要包括以下方面：1. 可靠性设计：在转向架架构设计过程中，要考虑到各个零部件的可靠性指标要求，例如使用寿命、可靠性指数等。
通过合理的设计参数和工艺控制，提高零部件的可靠性。
2. 可靠性评估：对于转向架架结构进行可靠性评估，可以采用可靠性分析方法，如故障树分析、失效模式和影响分析等，从而找出可能的故障原因和改进措施。
3. 可靠性验证：通过对转向架架结构进行可靠性验证测试，例如静态加载试验、振动试验等，来验证其设计和生产的可靠性。
CRH2动车组拖车转向架构架的强度分析
CRH2动车组拖车转向架构架的强度分析CRH2动车组拖车转向架构架的强度分析引言：现代高速铁路系统在运营中对列车的安全性和运行效率要求越来越高。
作为其中重要组成部分的动车组拖车转向架结构架的设计和强度分析对于保障列车的安全运行至关重要。
本文将对CRH2动车组拖车转向架结构架的强度进行分析，并探讨其对列车运行的影响。
一、CRH2动车组拖车转向架的结构CRH2动车组拖车转向架结构由构架、悬挂装置、附属装置和附件组成。
其中，构架是支撑整个转向架的关键部分，其强度对转向架的安全运行起着重要作用。
二、转向架结构的强度分析1. 载荷计算：在分析转向架结构强度之前，需要先对其所承受的载荷进行计算。
载荷主要包括静载荷（车辆重量）、动载荷（列车在运行中的振动和冲击）以及侧向力等。
通过对各种载荷进行计算和模拟，可以获得转向架结构所承受的力学应力。
2. 强度分析：利用有限元分析方法，对转向架结构进行强度分析。
将转向架的结构分解为有限个小单元，通过建立数学模型对其进行计算和分析。
通过分析，可以了解不同部位的强度情况，进而进行必要的优化措施。
3. 疲劳分析：转向架在长期运行过程中会受到循环荷载的作用，容易出现疲劳破坏。
因此，疲劳分析也是转向架结构强度分析的重点之一。
通过对转向架在实际运行条件下的循环荷载进行模拟和计算，可以得到转向架结构的疲劳寿命并提出相应的改进措施。
三、强度分析对列车运行的影响1. 安全性保障：通过对转向架结构的强度分析，可以评估其在不同载荷情况下的安全性能，从而保障列车在高速运行时的安全性。
2. 运行效率提升：强度分析结果可以为CRH2动车组的设计和制造提供依据，优化结构，减少材料用量，提高组装效率，从而降低成本和提高生产效率。
3. 降低维修成本：通过对转向架结构的强度分析，可以提前发现可能出现的疲劳破坏部位，采取相应的维修措施，减少维修成本和维修时间，提高列车的可用性和可靠性。
结论：对于CRH2动车组拖车转向架结构架的强度分析是确保列车安全运行的重要环节。
机车转向架构架强度的有限元分析_图文.
机车转向架构架强度的有限元分析作者：郁炜江海兵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。
传统的转向架构架强度的可靠性评价大多通过物理样机的某些试验，再通过金属探伤、磁电探伤等方法来检验…，成本高，开发周期长。
所以，使用有限元的理论对转向架构架建模，并利用有限元分析软件对其进行应力分析和强度计算来确保机车转向架构架的可靠性有重大意义，本文在此进行了尝试。
目前，国外几家著名的公司研制的有限元分析软件如MSC、ANSYS、I-DEARS等在国内许多设计中得到了较为广泛的应用。
MsC公司提供的有限元软件在有限元建模、结构分析(静态、瞬态动力学、热、电磁场、流体问题等及其耦合问题、接触、强非线性、碰撞等方面都有独到的处理方法，本文详细介绍了其中的前后处理软件MSC／PATRAN和结构分析软件MSC／NASTRAN在机车转向架构架强度计算与分析中的应用。
1 有限元强度计算模型的建立机车转向架构架一般为箱型梁结构，有限元计算模型可以采用薄板单元按照设计图纸上的实际尺寸建模，并根据构架各部分是否承受载荷确定网格的疏密程度，在MSC／PATRAN软件中生成有限元计算网格模型。
文中选择一例已通过物理样机测试实验、强度合格的机车转向架构架进行分析。
它是由两根侧梁、一根横梁和两根端梁组焊成的"日"字形结构，整个构架计算模型共有20 225个薄板单元和27 848个节点，如图1。
2有限元强度计算的载荷和边界条件在机车转向架构架的有限元计算分析过程中，施加约束和载荷的原则是在构架主动施力处施加载荷，被动受力处施加约束：机车运行时，作用在构架上的载荷可以归纳为静载和动载两大类。
静载荷在运行过程中具有确定不变的数值和方向，包括机车上部重量、转向架自重以及安装在转向架上各种装置的重量、电传动内燃机车与电力机车的牵引电机的重量、液力传动内燃机车的中问齿轮箱重量等；动载荷是在运行过程中方向和大小都随时间变化的载荷，包括由于车体振动产生的附加垂向动载荷、机车牵引运行时作用在构架上的纵向力、机车通过曲线时作用在构架上的侧向力、牵引电机作用于构架的振动载荷以及工作时的反扭矩或电阻制动反扭矩、齿轮箱工作时的反扭矩、制动力、由于线路及其它原因使构架产生的扭曲力等。
Y25型转向架构架结构强度和疲劳分析
Y25型转向架构架结构强度和疲劳分析Y25型转向架构架结构强度和疲劳分析概述：随着铁路交通运输的发展，高速列车对转向架的要求越来越高。
本文将对Y25型转向架的结构强度和疲劳进行分析，以期为高速列车转向架的设计和改进提供指导。
一、转向架结构强度分析1. 架构设计Y25型转向架的架构设计围绕着提高结构强度展开。
采用了截面尺寸大、材料性能好的钢材，通过合理的梁柱布置确定主轴和副轴的力学特性。
通过对结构的受力分析和计算，确保转向架在列车运行过程中能够承受各种力的作用。
2. 受力分析转向架在使用过程中，受到了多方面的力作用，包括垂向荷载、弯矩和剪力等。
对于垂向荷载，主要是来自列车荷载的传递和集中荷载的作用。
对于弯矩和剪力，来自于曲线行驶时车轮的侧向力以及交流电动机产生的冲击力。
通过受力分析，确定了转向架在各种条件下的最大受力情况。
3. 结构强度计算根据受力分析的结果，进行结构强度计算。
采用有限元方法，将转向架的结构分为若干个小单元，在每个小单元中进行应力和应变的计算。
通过应力云图的分析，了解到转向架中的应力分布情况，并确定了各个关键部位的强度和刚度。
二、转向架疲劳分析1. 疲劳寿命预测疲劳是导致转向架失效的主要原因之一，因此对于转向架的疲劳寿命进行分析非常重要。
通过疲劳试验和数值模拟相结合的方法，预测转向架在长时间使用过程中的疲劳寿命。
根据材料的疲劳性能和实际应力情况，建立疲劳寿命模型，预测转向架在预定使用条件下的寿命。
2. 疲劳裂纹扩展在转向架的使用过程中，可能会出现疲劳裂纹，如果不及时处理，裂纹将进一步扩展，导致转向架的失效。
通过对转向架材料的断裂韧性和裂纹扩展速率进行研究，可以预测裂纹扩展的情况。
根据研究结果，采取相应的措施，延长转向架的使用寿命。
3. 疲劳寿命评估根据疲劳寿命预测和裂纹扩展情况，对转向架的疲劳寿命进行评估。
通过评估结果，确定转向架的使用寿命和更换周期，为转向架维修保养提供依据。
结论：Y25型转向架的结构强度和疲劳分析对于高速列车的安全运行非常重要。
高速动车组转向架构架强度分析与模态研究
高速动车组转向架构架强度分析与模态研究高速动车组转向架构构强度分析与模态研究引言随着高速铁路的迅猛发展，动车组的运行速度也越来越高。
转向架作为动车组重要的组成部分之一，承担着支持车体重量、提供转向功能、吸收轴重和抵抗横向力等重要任务。
本文通过对高速动车组转向架构进行架强度分析与模态研究，旨在提高转向架的结构设计水平，确保车辆的安全性、稳定性和运行平稳性。
一、高速动车组转向架构构简介高速动车组转向架构构一般由轮轴、横梁、弹簧和减震器等组成。
轮轴是承载车体重量和传递车辆动力的主要部分；横梁连接轮轴和车体，充当连接和支撑的桥梁；弹簧和减震器负责减少车轮与轨道之间的振动和冲击力。
二、高速动车组转向架构构强度分析（一）受力分析高速动车组转向架承受着多种力的作用，如自重、车体荷载、弓网荷载、渐进曲线荷载、过盲曲线荷载、车体偏心力和紧急制动荷载等。
这些力会产生横向和纵向的受力效应，对转向架构构的强度产生影响。
（二）有限元分析采用有限元方法可以对转向架构构的强度进行分析。
首先，建立转向架的三维建模，然后将其离散化为有限元，使用相应的单元类型和单元网格。
根据受力分析结果，在软件中设定材料特性和边界条件，进行结构强度计算。
最后，通过分析结果对转向架进行优化设计。
（三）强度计算利用有限元分析结果，可以对转向架进行强度计算。
通常采用应力应变理论，根据材料的特性，计算材料在受力时产生的应力和应变情况。
通过比较计算结果和材料的疲劳极限和屈服极限，评估转向架在使用寿命内的耐久性。
如果存在问题，需要进行结构调整或材料更换。
三、高速动车组转向架构构模态研究（一）模态分析原理模态分析是指通过对结构的固有振动特性进行计算和分析，以预测结构在受到外部激励时的振动响应。
通过模态分析可以得到结构的固有频率、振型和固有阻尼等信息，从而为结构的设计和优化提供依据。
（二）有限元模态分析有限元模态分析是通过有限元方法进行的模态分析。
首先，建立转向架的有限元模型，设置约束条件和刚度约束。
转向架存放库货架结构设计及有限元分析
转向架存放库货架结构设计及有限元分析周华祥【摘要】为满足转向架检修的需求，在转向架检修库中特别设置一个立体存放库。
由于国内目前没有转向架的立体存放库，故采用升降横移式立体车库的方式对转向架存放库货架结构进行了设计。
通过有限元方法对货架进行分析与计算，在保证货架承载强度、变形和稳定性的要求下，将原来的壁厚8 mm的钢板改为6 mm，从而减轻了货架的质量，满足了仓储的需要。
%In order to meet the requirements of bogie maintenance ,stereo storage library should be setup in bogie maintenance store .Because there is no domestic bogie three -dimensional storage library ,the bogie sto-ring shelves structure is designed with the method based on three -dimensional garage lifting and moving . And through the finite element analysis and calculation ,and under the guarantee of bearing strength ,rigidity and stability,the thickness of original steel plate is changed from 8 mm to 5 mm,which reduces the weight of the shelf and satisfies the need of the warehouse .【期刊名称】《湖北理工学院学报》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P16-19)【关键词】转向架;立体存放库;有限元【作者】周华祥【作者单位】湖北理工学院机电工程学院，湖北黄石435003【正文语种】中文【中图分类】TB241.1 背景铁路是我国国民经济的大动脉，交通运输系统的骨干。
HX_D2B机车转向架构架有限元分析
第 ３期
ＨＸ ２ 。 Ｂ机 车转 向架 构 架有 限元 分 析
４ ３
机 车 的纵 向牵 引 力是 通 过 牵 引装 置 和 轴 箱 拉杆 作 用 在构架 上 ， 构架 的受 力 和约 束 就 施 加 在上 述 位 置 ， 约
束 用 刚度 表 示 。
的另 一相 反方 向上施 加 相 同值 的纵 向载荷 。
通过 主要 载荷 的有轨 道扭 曲 和无轨道 扭 曲 ， 以及牵 引、 动、 制 减振 器 、 形扭 动 、 性 等载荷 相互 组合 ， 括 轨 道 扭 曲 、 形 扭 动 、 构 菱 制
示。
同时又具 有一 定 的柔 性 ， 以适 应 线 路 不平 顺 要 求 ， 善 改
构 架受 力状 态 ， 高疲 劳强度 。 提
构 架侧 梁为直 梁箱形 结 构 ， 盖板 与 立板 连接 为 角焊 缝， 侧梁 装有 多 种安 装 座 ， 中轴 箱 拉杆 座 为铸 造 复 杂 其
彭 永 明 （９ ２ ）男 ，山西 广 灵 人 ，高级 工 程 师 ， 士 生 （ 稿 日期 ：Ｏ Ｏ Ｏ —２ ） １ ７一 硕 收 ２ １ ２ １
牵引 端梁 上装有 电机悬 挂座 和牵 引座 等结 构 ， 中部 向 梁 下 突 出 ， 大 了牵 引 座 的承 载 能 力 ， 间横 梁 和 后 端 梁 增 中 上 焊有 电机悬 挂座 ， 前端 梁 结 构 比较 简 单 ， 体 为 一 根 主
直 径 ￣ ６ １８ｍｍ 的 圆 管 ， 梁 体 均 与 两 侧 梁 连 接 ， 成 整 各 形
摘 要 阐述 了 ＨＸ ２ ｏ Ｂ机 车 转 向 架 构 架 的结 构 及 其 受 力 ， 运用 ＡＮ ＹＳ有 限 元 软 件 建 立 了 构 架 的有 限元 模 型 ， Ｓ 并
SS7E型电力机车转向架构架静强度研究
SS7E型电力机车转向架构架静强度研究SS7E型电力机车转向架构构架静强度研究电力机车转向架构是机车运行中至关重要的部分，其负责转向系统的安全性和稳定性，对机车的运行效能和安全性起到至关重要的作用。
SS7E型电力机车是近年来列车公司引进并广泛使用的新一代电力机车，其转向架构静强度的研究对于提高机车整体性能和安全性具有重要意义。
SS7E型电力机车转向架构由车架、转向梁和悬挂系统组成。
为了保证转向架构的强度和稳定性，需要对各个部件进行力学分析和强度计算。
首先，对于车架来说，需要考虑静载荷下的强度情况。
车架的设计要求能够承受机车运行中产生的各种载荷，包括车体重量、牵引力、制动力、转向力等。
通过应用连续梁理论和有限元分析方法，可以对车架的应力和变形进行计算，以确定其在静态负载下的强度。
转向梁是转向架构中的另一个重要组成部分。
其位于车架上方，通过悬挂系统连接车架和车轮。
转向梁的设计和强度分析需要考虑受力情况和弯曲扭矩。
通过应用梁的静力学原理，可以确定转向梁在不同受力情况下的应力和变形情况，并进行强度计算。
此外，转向梁的几何形状也对其静强度产生重要影响，需要优化设计以提高其承载能力和稳定性。
悬挂系统是连接转向梁和车轮的重要组成部分，也是转向架构静强度的关键因素之一。
悬挂系统的设计需要考虑转向梁和车轮之间的相对位置和受力情况。
通过应用悬挂系统的静力学原理，可以计算悬挂系统的受力情况，并进行强度分析。
同时，悬挂系统的弹性特性也需要考虑，以提高转向架构在不同工况下的稳定性和安全性。
除了以上部件的强度计算和分析，还需要进行转向架构的整体强度验证。
通过进行有限元分析和实验测试，可以验证计算结果的准确性，并对转向架构的整体强度进行评估。
此外，还可以通过对转向架构进行参数优化，提高其设计效能和安全性。
综上所述，SS7E型电力机车转向架构架静强度研究对于提高机车整体性能和安全性具有重要意义。
通过对车架、转向梁和悬挂系统等各个部件的力学分析和强度计算，可以确保转向架构在静载荷下的安全可靠性。
转向架结构有限元计算与强度分析
应用举例：动车组转向架构架有限元分析及强度评估
应用举例：动车组转向架构架有限元分析及强度评估
应用举例：动车组转向架构架有限元分析及强度评估
应用举例：动车组转向架构架有限元分析及强度评估
应用举例：动车组转向架构架有限元分析及强度评估
应用举例：动车组转向架构架有限元分析及强度评估
有限元方法分析的一般步骤与应用领域
(2) 有限元方法的应用 非结构问题 热传导： 稳态与瞬态； 流体流动：层流与湍流； 电磁场分析：电场、磁场； 此外，一个新的应用领域是生物力学工程领域
有限元方法分析的一般步骤与应用领域
有限元方法分析的一般步骤与应用领域
战斗机：280万单元
超音速飞行压力分布
-150
-200
-200 -250
-300
平均应力(MPa)
-300
平均应力(MPa)
UIC615规程
接头 1 2
接头疲劳极限图
200
150
动应力范围(MPa)
按照UIC515/UIC615规程， 并参照厂方技术专家提供的试 验方案，该型转向架构架的有 限元分析及静强度与疲劳强度 评估结果表明： 静强度和疲劳强度均满足要求
0 -FY 0 -FY +FY +FY -FY -FY
0 0 0 0 Fn Fn Fn Fn
构架疲劳载荷
表2
分类 牵引电机惯性力 驱动载荷 制动力 减振器力 纵向载荷
个别特殊载荷
动载荷
①在主横梁安装点处：为电机重量×2 ②在端梁安装点处：为其上部件重量×3 ①模拟构架作用的驱动载荷均施加于轴箱平面内 ②模拟电机的反作用扭矩均施加于构架上支撑平面内 闸片作用于制动盘上的力 作用在安装座上，减振器在额定速度时产生的力 0.1(FZ+ 0.5Mbg)
基于Solidworks的转K2型转向架的三维建模及有限元分析
中南大学交通运输工程学院数字化设计技术课程论文题目基于Solidworks的转K2型转向架的三维建模及有限元分析姓名所在学院专业班级学号授课教师日期年月日基于Solidworks的转K2型转向架的三维建模及有限元分析摘要：转向架是机车车辆最重要的组成部件之一，其构造是否合理直接影响机车车辆的运行品质、动力性能和行车平安，所以保证转向架的应力条件和疲劳寿命是十分重要的。
但是传统的转向架强度的可靠性评定大多通过物理样机的试验，再通过金属探伤、磁电探伤等方法来检验，本钱高，检验周期长。
本论文中利用Solidworks对转K2型转向架的构架、轮对、车轴、摇枕进展三维建模，然后利用Solidworks的有限元分析Simulation，对转向架的重要组成局部：构架、轮对、车轴、摇枕，进展各种模态分析，以判断其在模拟工作状态下的模态变形、构架强度、疲劳等一系列参数是否合理。
关键字：转向架；Solidworks；轮对；侧架；摇枕；有限元分析；静强度；1转K2型转向架概述1.1 转K2型转向架简介转K2型转向架为铸钢三大件式货车转向架。
摇枕、侧架材质为B级铸钢，两侧架之间加装下穿插支撑装置；采用带变摩擦减振装置的中央枕簧悬挂系统，摇枕弹簧为两级刚度，采用锻造支撑座；下心盘内设有尼龙心盘磨耗盘；装用能满足提速要求的双列圆锥滚子轴承、50钢车轴及LM磨耗型踏面的HDSA轻型辗钢或HDZC轻型铸钢车轮；采用双作用常接触弹性旁承；根底制动装置采用L 型组合式制动梁、新型高摩合成闸瓦。
根本尺寸：固定轴距1750mm轴颈中心距1956mm旁承中心距1520mm心盘面到轨面高〔心盘载荷86.6kN〕682mm下心盘直径355mm下心盘面到下旁承顶面距离：自由状态93mm工作状态84mm侧架上平面到轨面距离775mm侧架下平面到轨面距离165mm车轮直径840mm制动杠杆与车体纵向铅垂面的夹角50°根底制动装置制动倍率 4主要性能参数：轨距1435mm轴重21t轴型RD2自重≈4.2t商业运营速度120km/h通过半径80m～100m曲线时，限速5km/h，通过半径＞100m～145m曲线时，限速20km/h。
30t轴重机车ZEE120-B0型转向架构架结构设计及强度分析
2017年第24卷第3期技术与市场创新与实践30 t轴重机车Z E E120-B0型转向架构架结构设计及强度分析谭超1陈晓峰1彭爰林1张开林2(1.中车株洲电力机车有限公司产品研发中心，湖南株洲412001;2.西南交通大学机车车辆研究所，四川成都610031)摘要:介绍了 30 t轴重机车ZEE120-B0型转向架构架的结构设计，利用HyperMesh软件建立了构架的三维有限元模 型，根据UIC615 -4标准对构架施加不同的载荷工况，将有限元模型导入A N SYS中求解各工况下的应力，完成构架的静 强度及疲劳强度分析。
关键词：构架；结构设计；强度分析doi：10. 3969/j.issn. 1006 - 8554. 2017. 03. 0030引言转向架是机车的主要组成部分，而构架作为转向架的关键 部件，是转向架各零部件的安装基础。
它主要传递了轮对到车 体之间的纵向力和横向力，承载了车体垂向力，并且承受各零 部件产生的各种复杂载荷，对车辆的行车安全有着直接的重大 影响。
30 t轴重机车ZEE120-B0型转向架是中车株洲电力机车 有限公司研制的重载货运机车转向架，其设计轴重和受力的要 求高，设计难度大。
本文主要介绍该转向架构架的结构设计和 强度分析。
1转向架构架结构30t轴重机车ZEE120-B0型构架为“日”字型结构，由2根 侧梁、1根牵引横梁和2根端梁组成。
构架侧梁采用了鱼腹形 的薄板箱型梁焊接钢结构，焊接有一系悬挂安装座、一系及二 系垂向减振器安装座以及轴箱拉杆座等部件。
构架的牵引横 梁整体下凹，中部下侧有牵引座，上侧对称分布二系悬挂安装 座并设置有二系横向止档，两侧布置了电机悬挂装置的吊挂 座。
制动器吊挂座设置在端梁和侧梁上。
构架三维模型如图 1所示。
转向架构架为冷轧或热轧钢板、钢管以及铸件焊接而成的 钢结构，构架焊接必须满足EN 15085体系的要求。
材料的屈 服极限和强度极限分别为325 MPa和510 MPa。
200km_h城际动车组动力转向架构架强度试验及有限元分析_唐永明
箱吊杆座使用 1 个作动器模拟齿轮箱吊杆拉压载荷 。 构架底部的扭杆安装座处有 2 个作动器施加侧滚载 荷 。构架 1 位端梁轮盘制动安装座处用 1 个垂向作动 器模拟制动载荷 。
shell) 混合单元模型 ,构架板材部分采用壳单元划分 , 各种铸造的安装座采用实体单元划分 (图 4) 。
由于板材厚度的限制 ,实体模型有限元网格划分 必须采用极小的单元尺寸 ,一般为板厚的 1/ 3 到 1/ 2 , 最后得到 1 024 696 个单元 、1 883 826个节点 ,总自由 度数超过 1 000 万 ,求解规模大 。
度试验由以下几类组成 :超常工况 (直道 、S 形曲线通 过工况下的超常载荷) 、特殊超常工况 (电机短路 、紧急 制动 、空车脱轨等工况下的特殊载荷) 及模拟运营工况 (启动 、常用制动 、直道运行及 S 形曲线通过等工况下 的正常运用载荷) 。
本文选定 S 形曲线通过模拟运营载荷工况的试验 结果与有限元计算结果进行对比分析 ,载荷类型及大 小见表 1 。
等效应力计算公式为 :
σe =
1 2
[ (σ1
- σ2 ) 2
+
(σ2
- σ3 ) 2
+
(σ3
- σ1 ) 2
]
(1)
对于三向应变花 ,σ3 = 0 ,则式 (1) 变为 :
σe =
1 2
[ (σ1
- σ2 ) 2
+σ21
+σ22 ]
(2)
测点 J 220 、J 221 、J 426 、R419 、R513 和 R540 在加
2 构架有限元计算
2. 1 有限元模型 有限元建模采用 2 种方案 :一种是全实体 ( solid)
汽车转向架的强度有限元分析
汽车转向架的强度有限元分析对转向架结构进行有限元网格划分，首先对结构外表面划分三角形网格，利用封闭的三角形网格生成四面体网格，即3D模块中的tetramesh功能，三角形面网格如下所示，面网格总数为164478。
图1 三角形面网格最终进行四面体网格生成，划分好的网格如下所示，网格为四面体网格，单元类型为solid45，网格总数为263617。
图2 四面体网格在轴箱弹簧座上模拟弹簧单元，弹簧单元采用COMBIN14单元类型，且弹簧单元与转向架支撑处通过MPC连接，如下所示，三个方向刚度则采用三根弹簧模拟。
同时约束三个弹簧端点的所有自由度。
图3 轴箱弹簧座约束条件完成网格划分以后，在hypermesh中进行对应的单元类型，材料属性进行加载，转向架基本力学性能如下表。
表1 转向架构架用材的基本力学性能类型牌号屈服强度（MPa）超常载荷屈服许用应力（MPa）运营载荷屈服许用应力（MPa）抗拉强度（MPa）板材S355J2W+N 355（母材）/320（焊接接头）355（母材）/320（焊接接头）220 510锻件Q345E 345345（母材）/310（焊接接头）220 510铸件S355J2H 355（母材）/320（焊接接头）300（母材）220 510在hypermesh中的单元管理表如下所示。
图4 单元管理表一、使用特殊载荷的静态实验其中c1=12t , c2=9.6t。
将相关参数代入进行计算，特殊载荷时，每个侧梁作用垂向载荷170kN,横向载荷55KN。
横向和垂向载荷的加载位置如下图所示，约束四个斜对称位置。
图5 转向架整体受力示意图在hypermesh中加载横向和垂向载荷，最后将设置的好的文件导入至ansys 中进行求解分析，在hypermesh中的载荷加载情况如下所示。
图6 转向架特殊载荷工况加载导入ansys中进行有限元分析，转向架结构分析结果如下所示，其中最大等效应力为173.6MPa，最大变形为12.9mm，材料许用屈服极限为220MPa，转向架结构在特殊载荷作用下最大等效应力小于结构的许用屈服极限，所以认为转向架结构在特殊载荷工况下满足强度要求。
SS3B型机车转向架构架设计改进与强度分析
来； 将横梁二 的下盖板翼板加宽 。 并对改进后 的构架使用
Ａ ＳＳ Ｎ Ｙ 软件 进行 了有 限元分析 ， 通过改进前 后构架 的强 度对 比计算验证设计 改进 的合理性 。以下将 改进设计构 架简称为新构架 。
Ｉ ｒ ｖ ｍ ｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｇ ｈ ａ ａ ｙ ｉ ｏ ｐ Ｓ Ｂ ｌ ｃ ｍ ｏ ｉ ｅｂ ｇｅｆ ａ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｄ ｓｒ ｎ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｆ ｙ ｅＳ ３ ｏ ａ ｔ ｏ ｔ ｏ ｉ ｒ ｍｅ ｖ
Ｙ ＮＺ ｉｊｎ Ｌ Ｏ Ｈ ａ ｊｎ Ｃ Ｅ ｉ －ｅ ｇ Ａ ｈ－ｕ ， Ｕ ｕ －ｕ ， Ｈ Ｎ Ｘ ａ ｆ ｏ ｎ
选取老构架和新构架上应力最大的150个节点在工况1工况13下的最大和最小应力值计算出各点的平均应力和应力幅并放入goodman图进行强度评定构架top面和bottom面评定结果见ss3b型机车转向架构架设计改进与强度分析2007年第老构架中间横梁一与侧梁对接处局部vonmises应力分布top面新构架中间横梁一与侧梁对接处局部vonmises应力分布top面老构架中间横梁二与侧梁对接处局部vonmises应力分布top面新构架中间横梁二与侧梁对接处局部vonmises应力分布top面27成。
模拟 实际支撑情况 。
构架主体材料 Ｑ ３ Ａ的屈服强度 ｏ＝ ３ Ｐ ，抗拉 ２５ ｒ２５ ａ 。 Ｍ
强度 ｏ＝ ３ ａ 弹性模 量 Ｅ＝ ．２ ０ Ｍ ａ 密度 Ｐ＝ ｒ ４ ９ＭＰ ， ｂ ２１ １５ Ｐ ， Ｘ
（ Ｓ ｈ ｚｏ ｌ ｔｃ ｏｏ ｔｅ ｏ，ｔ． Ｚ ｕｈ ｕ４ ２０ ， ｈ ａ Ｃ ＲＺ ｕｈｕＥｅ ｒ Ｌ ｃｍｏｖ Ｃ ． ｄ， ｈ ｚｏ １ ０ １ Ｃ ｉ ） ｃ ｉ ｉ Ｌ ｎ
某重型轨道车转向架构架强度分析及优化
某重型轨道车转向架构架强度分析及优化某重型轨道车转向架构架强度分析及优化引言：随着现代工业的快速发展，重型轨道车的使用需求逐渐增加。
然而，由于重型轨道车承载能力较大，转向架构的强度分析及优化问题变得尤为重要。
本文将对某重型轨道车转向架构的架强度进行分析及优化，并探讨了相关影响因素。
一、架构设计及材料选择重型轨道车转向架构的设计需要满足承载能力和稳定性的要求。
设计目标是使转向架在承受垂直荷载、水平荷载和横向荷载时保持稳定。
在设计过程中，应选择高强度、耐疲劳的材料，以确保转向架在长时间运行中的可靠性。
二、力学分析转向架结构的强度分析可以通过有限元分析进行模拟计算，并综合考虑各种工况下的荷载条件。
通过对转向架的受力状态和应力分布进行分析，可以了解关键部位的承载情况，为后续的优化提供依据。
1. 垂直荷载分析重型轨道车在运行过程中会承受垂直荷载，主要来自车辆自重和运载物重力。
通过有限元分析，可以确定转向架结构在垂直荷载作用下的位移、变形和应力分布情况，以此评估结构的强度。
2. 水平荷载分析重型轨道车在转弯等操作中会受到水平荷载的作用，这是转向架结构设计的关键问题。
通过模拟转弯过程中的曲线运动，可以计算转向架受到的水平力和力矩，并进一步评估结构的强度。
3. 横向荷载分析横向荷载是指重型轨道车在行进过程中受到的侧向冲击力，主要来自轨道不平和车辆行驶速度。
通过有限元分析，可以研究转向架在横向荷载作用下的应力和变形分布情况，判断结构是否满足要求。
三、优化设计基于强度分析的结果，可以对转向架结构进行优化设计。
主要包括以下几个方面：1. 结构加强针对承载能力不足的部位，可以增加钢材的使用量或调整梁的截面形状，以增强转向架的整体强度。
2. 材料优化通过选择更高强度、更轻量化的材料，可以提高转向架的强度和运载能力，同时达到减轻车重的目的。
3. 接头优化转向架结构中的接头部位容易出现应力集中，需要进行优化设计，以减少应力集中效应，提高结构的强度和耐久性。
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机车转向架构架强度的有限元分析
作者：郁炜江海兵
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。
传统的转向架构架强度的可靠性评价大多通过物理样机的某些试验，再通过金属探伤、磁电探伤等方法来检验…，成本高，开发周期长。
所以，使用有限元的理论对转向架构架建模，并利用有限元分析软件对其进行应力分析和强度计算来确保机车转向架构架的可靠性有重大意义，本文在此进行了尝试。
目前，国外几家著名的公司研制的有限元分析软件如MSC、ANSYS、I-DEARS等在国内许多设计中得到了较为广泛的应用。
MsC公司提供的有限元软件在有限元建模、结构分析(静态、瞬态动力学)、热、电磁场、流体问题等及其耦合问题、接触、强非线性、碰撞等方面都有独到的处理方法，本文详细介绍了其中的前后处理软件MSC／PATRAN和结构分析软件MSC／NASTRAN在机车转向架构架强度计算与分析中的应用。
1 有限元强度计算模型的建立
机车转向架构架一般为箱型梁结构，有限元计算模型可以采用薄板单元按照设计图纸上的实际尺寸建模，并根据构架各部分是否承受载荷确定网格的疏密程度，在MSC／PATRAN 软件中生成有限元计算网格模型。
文中选择一例已通过物理样机测试实验、强度合格的机车转向架构架进行分析。
它是由两根侧梁、一根横梁和两根端梁组焊成的"日"字形结构，整个构架计算模型共有20 225个薄板单元和27 848个节点，如图1。
2有限元强度计算的载荷和边界条件
在机车转向架构架的有限元计算分析过程中，施加约束和载荷的原则是在构架主动施力处施加载荷，被动受力处施加约束：
机车运行时，作用在构架上的载荷可以归纳为静载和动载两大类。
静载荷在运行过程中具有确定不变的数值和方向，包括机车上部重量、转向架自重以及安装在转向架上各种装置的重量、电传动内燃机车与电力机车的牵引电机的重量、液力传动内燃机车的中问齿轮箱重量等；动载荷是在运行过程中方向和大小都随时间变化的载荷，包括由于车体振动产生的附加垂向动载荷、机车牵引运行时作用在构架上的纵向力、机车通过曲线时作用在构架上的侧向力、牵引电机作用于构架的振动载荷以及工作时的反扭矩或电阻制动反扭矩、齿轮箱工作时的反扭矩、制动力、由于线路及其它原因使构架产生的扭曲力等。
机车转向架载荷的大小和方向根据具体的设计要求和实际情况确定。
本文研究对象的计算载荷值如表1所示。
3计算工况的选取
根据TB／T 2368一1993《内燃、电力机车转向架构架静强度试验方法》，机车转向架构架的计算工况由不同类别的载荷工况组合而成。
总体上分为两大类：组合载荷工况和独立载荷工况。
组合载荷工况主要对各种极限载荷情况进行模拟，考察构架是否有足够的静强度满足这些极限情况；独立载荷工况则用于考核构架的疲劳强度。
3．1 组合载荷工况
1)工况一，垂直静载荷工况。
包括车体垂直静载荷，齿轮箱垂直静载荷。
2)工况二，起动工况。
包括车体、齿轮箱垂直静载荷，纵向起动牵引力，起动牵引反扭矩。
3)工况三，紧急制动工况。
包括车体、齿轮箱垂直静载荷，纵向紧急制动力，安装座紧急制动力。
4)工况四，曲线通过工况。
包括车体、齿轮箱垂直静、动载荷，纵向持续牵引力。
持续牵引反扭矩，横向载荷。
3．2独立裁荷工况
1)工况一，车体垂直静载荷。
2)工况二，齿轮箱垂直静载荷。
3)工况三。
横向载荷。
4)工况四，车体垂直动载荷。
5)工况五，齿轮箱垂直动载荷。
6)工况六，纵向持续牵引力。
7)工况七，持续牵引反扭矩。
8)工况八，纵向常用制动力。
9)工况九，安装座常用制动力。
计算独立载荷工况的目的是校核构架疲劳强度，具体的校核方法：以工况三的一半及工况一、二之和计算平均应力，再分别以工况三的一半及工况四、五、六、七的均方根计算牵引工况的应力幅、以工况三的一半及工况四、五、八、九的均方根计算制动工况的应力幅。
在得到上述平均应力和应力幅后，依据95J01-L《高速试验列车动力车强度及动力学性能规范》的推荐，在我国当前无自己的疲劳极限图的情况下，参考采用0RE B12报告中的Goodman疲劳极限图，对构架强度进行校核。
4 计算结果分析
4．1组合载荷工况的计算结果分析
算例中4种组合载荷工况的最大von Mises应力及其出现的位置见表2。
其中曲线通过工况情况最恶劣，最大von Mises应力为109．0MPa，其应力分布见图2。
表3列出了4种工况下变形的最大值及其出现的区域，其中紧急制动工况下的变形量最大，为O．526 mm。
图3给出了该工况的变形云图。
组合载荷工况是对各种极限载荷情况进行模拟。
考察构架是否有足够的静强度满足要求。
文中构架的材料为16 MnR。
16 MnR的屈服极限σa=225 MPa。
强度极限σb=420 MPa，安全系数取1．65，许用应力[σ]=136．364MPa。
上述强度计算结果中最恶劣工况的最大von Mises应力小于许用应力；最大变形量也满足设计要求，构架结构满足静强度要求。
4．2构架疲劳强度的校核
表4列出了平均应力出现峰值的区域、大小及两种应力幅在该区域的应力取值范围，表5、表6分别列出了牵引工况和制动工况两种应力幅出现峰值的区域、大小及平均应力在这些区域的应力值。
另外表4、表5、表6中还给出了根据Goodman疲劳极限图得到的各平均
应力所对应的应力幅极限值。
由表4、表5、表6可知，文中的机车转向架构架在各应力峰值出现处，牵引工况应力幅和制动工况应力幅的应力幅取值都低于这些区域的平均应力值所对应的应力幅极限，所以由模拟结果也可得到构架满足疲劳强度要求的结果。
5 结论
本文结合实例，详细介绍了用有限元分析软件MSC/PATRAN和MSG/NASTRAN对机车转向架构架强度计算和分析的方法。
对于文中构架，根据计算结果可得到满足静强度和疲劳强度要求的结论。
由此进一步探讨用有限元的理论和相应软件对机车转向架构架强度可靠性予以评价的方法，使计算机模拟的方法在提高转向架构架应用安全可靠性方面进一步普及。
大大降低生产成本。
(。