高速转向架构架强度及模态分析研究

Ｄ Ｏ！ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ４ ３ ７ ３ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ３ ６
高速 转 向架构 架 强 度及 模 态 分 析 研 究
吴 丹 ， 李晋 武
７ ３ ０ ０ ７ ０ ）
（ 兰州交通大学 铁道技术学 院 ， 甘肃 兰州
表 １ 构架载荷工况表
Ｔ ａ ｂ ． １ Ｌｏ ａ ｄ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｏ ｆ ｆ ｒ ａ ｍｅ
ｋ Ｎ
… ’
一 ～ … 一 一 一 ～
一 ～
图 ２ 超 常 载荷 工 况下 的应 力 云 图
第３ ２卷
第 １期
兰
州
交
通
大
学
学
报
Ｖ０ １ ． ３ ２ Ｎ０ ． １
Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ３
２ ０ １ ３ 年 ２ 月
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
来自百度文库
文章编号 ： １ ０ ０ １ － ４ ３ ７ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ － ０ １ ６ １ － ０ ３
Ｆ － 一（ ｎ Ｑ。 一 ｇ ） ／ ２ （ １ ）
厚ｌ Ｏ ｍｍ， 两横梁作为空气 弹簧的附加空气室分别 与两侧的空气弹簧支撑座连通． 考虑构架 的载荷 具有 不对称性 ， 故选 取 整体构 架 作为计算模型， 运用大型有限元分析软件 Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ 对构 架整体进行有限元离散和计算， 整个模型采用实体单 元进行离散， 为了真实的模拟构架的边界条件 ， 在构架
２ ９ ２ ， 离散的有 限元模型如图 １ 所示．
三向约束 ， 计算 １ ４ 种工况下的静强度 ， 并利用材料 修正的 Ｇ ｏ ｏ ｄ ｍａ ｎ疲 劳 极 限 图对 构 架进 行 疲 劳 强 度
评 估． 通 过强 度评 估 和 模态 分 析 找 出 构架 的薄 弱 部 位， 为构 架优 化 提供理 论依据 ．
图 １ 构 架有 限 元模 型
Ｆ ｉ ｇ ．１ Ｆｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｏ ｆ ｆ ｒ ａ ｍｅ
２ 载荷确定
综 合考 虑构 架在 各种 运用情 况下 的受 力特性 以 及以往的经验数据 ， 参照 Ｔ Ｂ ／ Ｔ ２ ３ ６ ８ —２ ０ ０ ５标准，
式 中： 为构架一侧垂向静载荷 ； ７ ＂ ／ 为每台转 向架的 轴数 ； Ｑ ｏ 为转 向架轴重； ｍ ＋为转向架质量 ； ｇ为重
收稿 日期 ： ２ ｏ １ ２ ・ ０ ９ — ０ ５ 作者简介 ： 吴 丹（ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男， 甘肃平凉人 ， 硕士， 主要研究方 向为车辆零部件设 计理论及应用． Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｗｕ ｄ ａ ｎ ｇ ９ ８ ＠１ ６ ３ ． ｔ ｏ ｍ
１ 构 架结构及 有限元模 型建立
构 架 采用 Ｈ 形 钢 板 焊 接结 构 ， 由两 根 侧梁 、 两
根横梁以及纵向连接梁组成． 其 中侧梁为封 闭式 的 箱形截面， 下 凹鱼腹形箱型梁体 ， 由钢板焊接而成．
构 架横 梁采 用无 缝钢 管 型材 ， 管材外径 ２ ０ ０ ｍｍ， 壁
取侧滚系数 口为 ０ ． １ ， 取浮沉 系数 为 ０ ． ２ ， 依据标
准 中规 定 的载荷 工 况计 算 方 法 ， 计 算 出构架 受 到 的
１ ４ 种载荷值 ， 其 中第 １ 工况为构架超常载荷工况，
后 １ ３ 种 工 况 为构 架 模 拟 运 营载 荷 工 况 ， １ ４种 载 荷 工 况计 算方 法如 表 １所示 ． 其 中作 用在 构架 上每 侧梁 的垂 向静载 荷 为
ＴＢ ／ Ｔ ２ ３ ６ ８ －２ ０ ０ ５ （ （ 动力 转 向架构 架强 度试 验 方 法 》 标 准计算 载 荷工 况 ， 根 据构 架 的实 际情 况对 其 施 加
的轴箱弹簧安装座下用 Ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ １ ４ 弹簧单元模拟一系 轴箱弹簧装置， 弹簧单元的刚度系数和轴箱弹簧的刚 度一致． 采用节点耦合的方式模拟构件之间的焊接及 铆接， 最终 离 散 出的节 点 数为 ８ １ ９ ４ ５ ９ ， 单 元数 为 １ ６ ３
１ ６ ２
兰
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第３ ２ 卷
力加 速度 ， 取９ ． ８ ｍ・ ．
其 中作用在构架上的横向载荷 为
一
０ ． ５ （ ＋０ ． ５ ｍ＋ｇ）
（ ２ ）
将各参数带入式（ １ ） 和式（ ２ ） 中， 得
Ｆ 一 １ ２ ４ ． ４ ０ ｋ Ｎ Ｆ ＝ ８ ６ ． ７ ３ ｋ Ｎ
摘
要： 根据某型高速转向架构架的结构特点， 利 用 Ａｎ ｓ ｙ ｓ 软件建立构架的有限元模型 ， 依据 ＴＩ Ｔ ２ ３ ６ ８ －２ ０ ０ ５标
准和焊接材料 的 Ｇ ｏ ｏ ｄ ｍａ ｎ － ｓ ｍｉ ｔ ｈ疲劳极 限图对构架进行 疲 劳强度评估． 结 果表明 ： 各 关键 点的等 效应 力均小 于相 应的许 用应 力， 构架满足疲劳强度 的要 求． 此外 ， 还 对构架的模 态进行 了分析 ， 分析 构架在 某一频域 内的振 动模 态，
从 而 评 价 构 架 的动 态性 能是 否 满 足 设 计要 求 ．
关键词 ： 构架； 有限元 ； 疲劳强度 ｝ 模态分析
中图分类号 ： Ｕ２ ７ ０ ． ３ ３ １ 文献标志码 ： Ａ
目 前 国内机车车辆制造企业在构架等承载部件 的设计阶段所进行的有限元分析主要集 中在静强度 评估上 ， 对于疲劳强度的评估则放 在线路动应力测 试和强度试验上． 但是， 由于疲 劳试验费用昂贵， 所 以， 利用有限元模型进行构架等关 键部件 的疲劳强 度评估 ， 发现疲劳强度薄弱部位， 可以降低样机疲劳 试验风险， 缩短研发周期 ， 减少产品试制成本［ １ ］ ． 本文以某型高速转 向架构架为研究对象， 依据