转向架构架技术设计强度计算分析

1、2006年用户年会论文亞瓜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.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2921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. 计算载荷及计算工况2.1构架基本载荷垂向静载荷Fz= 1（mc-

2、2mb）g 4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）7Fz = mdg10 dy其中：电Fz'左侧电机座垂向静载荷（kN） md机质量（t）模拟营运横向载荷Fy =0.5(Fz + 0.5mb?g)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Fymax = 2.0（10+mcg12）12 22006年用户年会论文Z.克世亞瓜其中：Fymak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Fs=3g?mb（KN由基本参数计算各载荷值如下:Fz =

3、 218.3KN, Fy=169.2KN, Fymax = 245.6KNFx = 74.5KN , Fymax =120.5KN , Fs = 721.0KN2.2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 对于作用在侧梁上的垂直十向载荷按面力考虑；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；载 荷 工 况作用于侧梁的垂向载荷作用在转向 架的横向载荷Fr牵引力Fx电机座处的垂向载荷左侧FZ1右侧Fz21左侧Fz1L1右侧甩1FzFz00Fz1Fz12(1+ ab- a)Fz(1 - ab - S)Fz0Fx(1 + a1 -

4、S )Fz(1 - a1 - S)甩3(1+ ab - a )Fz(1 - ab - S )FzFYFx1(1 + a1 - S)Fz(1 - a1 - S)甩4(1+ ab + S)Fz(1 -ab + S)Fz0Fx1(1 + a1 + S)Fz1(1 - a1 + S )Fz5(1 + ab + S )Fz(1 - ab + S )FzFYFx(1 + a1 + S )Fz(1 - a1 + S)甩6(1 - ab - a )Fz(1 + ab - S )Fz0Fx1(1 - a1 - S )Fz1(1 + a1 - S)冃7(1- ab - a )Fz(1 + ab - S )Fz-F

5、yFx1(1 - a1 - S )Fz1(1 + a1 - S)冃8(1 - ab + S )Fz(1 + ab + S )Fz0Fx(1 - a1 + S )Fz(1 + a1 + S)Fz9(1 - ab + S )Fz(1 + ab + S )Fz-FyFx(1 - a1 + S )Fz(1 + a1 + S)Fz10(1 + ab + S )Fz(1 + ab + S )FzR maxFmax(1 + a1 + S )Fz(1 + a1 + S)Fz11(1 + ab + S )Fz(1 + ab + S )FzFY maxFs0032006年用户年会论文亞瓜对于横向载荷，按节点载荷作

6、用于相应的位置。3. 构架静强度及疲劳强度的评定对于载荷工况10,各点均不得大于材料的屈服强度极限。对于载荷工况11,各点应力均不得大于材料的强度极限。对于载荷工况19,构架上各点确定应力耳 ,取其最小值(ymin和最大值,0按下式计算平均应力和应力幅值：max + ominAomax - ominOm = 2 ， A° = 2所有点的应力都按疲劳极限线图评定。构架采用16Mr材质，该材料的极限强度取580Mpa屈服极限为350Mpa.4. 各工况下的计算结果计算结果的应力值取Von miss等效应力，各工况下的最大应力、次大应力及其相 应位置见表二，坐标参见图1。对于各种工况，较大

7、应力区主要分布在两根横梁与侧梁 交接处的上下盖板与筋板上。等效应力分布的应力等值线如图12所示。对于工况19,选择部分主要点以评估构架的疲劳强度，其等效应力值见表三。 将表三中的 、与疲劳极限曲线比较可知，表中的点皆满足疲劳强度的要求。5. 结论对于工况110,安全系数取2时，其应力值皆小于容许应力值。构架的静强度满 足要求。对于工况11,其最大应力值小于强度极限值。构架满足冲击强度要求。对于工况19的疲劳评定，将表三中的，Om与疲劳极限曲线比较可知，表中的点皆满足疲劳强度的要求。42006年用户年会论文Z.兌世亞瓜表二各工况下的应力值单位：MPa工况最大应力位置次大应力位置175.08(52

8、3,921,0)61.39(510,-925,-243):269.46(523,921,0)58.97(536.5,-925,-243)398.56(-1300,-58.7,306)83.69(-1300,-605,306)497.44(523,921,0)70.48(481,914,0):599.17(-1300,-58.7,306)85.70(523,921,0)1 658.88(523,921,0)58.65(536.5,-925,-243)793.83(-1300,-58.7,306)89.51(936.5,-907.5,0)886.03(523,921,0)68.07(510,-92

9、5,-243)998.52(523,921,0)93.23(-1300,-58.7,306)1 10143.52(-1300,-58.7,306)121.69(-1300,-58.7,306)11562.3(536.5,162.4,20.4)535.4(536.5,-140.4,23.0)52006年用户年会论文/克世亞瓜ONSS-CHINO图2表三 各工况下的主要点的应力值（Mpa）节点位置工况1工况2工况3工况4工况5工况6工况7工况8工况9C m (T(339,925,-68)33.939.431.152.744.633.342.346.555.244.212.1(510,-925,-2

10、43)61.431.329.555.854.139.841.564.366.147.818.3(510,1125,-243)41.835.931.252.647.927.031.743.748.539.512.8(510,-925,-193)44.322.621.440.339.228.729.946.447.634.513.1(-467,1155,-90)28.625.120.736.532.119.223.730.635.128.67.9(-467,-895,-90)36.626.420.641.135.231.036.945.751.636.115.5(-241,1155,-12)36.

11、731.730.146.444.824.225.938.840.535.311.1(-241,-919,-54)37.032.032.846.847.724.924.139.838.935.911.8(-467,-920,-52)36.626.118.940.733.530.638.045.352.735.816.9(270,942,34)39.227.233.142.648.620.223.235.434.534.414.2(-253,-942,53)32.723.624.036.736.628.729.941.742.833.49.4(524,895,0)22.926.441.534.44

12、9.524.110.031.816.929.819.8(247,934,0)39.025.434.440.850.018.811.234.125.330.619.4(349,968,0)24.117.619.227.127.813.415.122.924.318.95.5(535,-1125,0)30.226.149.537.959.532.323.944.133.836.712.9(534,-1116,0)28.923.539.934.949.529.325.240.835.236.513.0(523,921,0)75.169.559.097.485.758.970.586.098.578.

13、819.8ANSYSAPR 24 199715:25:23ELEMENTSTYPE NUMXV =1YV =13V =1*DIST=25D2*XF =-154.145 YF 87 8N8 *ZF =-20.53Z-BUFFER2006年用户年会论文Z.克世亞瓜ANSS-CHINO以下为图31272006年用户年会论文#2006年用户年会论文ANSYS 5.3APR 23 199716:43:21NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1SEQV(AVC；)TOPDMX =5,962SMN 壬61DE-04SHX =75,084SMXB=2Q9> 37.610E-049.3431

14、6.68525-02&33.371 41*713亦056SS.39966.74175.084E3rnANSYS 5.3 APR 24 199710:34:35NODAL SOLUTIONSTEP=2SUB =1TTME=2SEQV(AVG)TOPDMX =9.272SMN =.711E-04 SMX工毎9457 SHXB=199-419711E-04 7,718 15.435 23.153 30.87 3S.5874& 30554.02261.7 J69.45782006年用户年会论文亞瓜inss-chinaANSYS 5.3APR 24 199711:27:38NODAL S

15、OLUTIONSTEP-4SUB =1TIME=4SEQVTOP(AVG)DMX =9.531SMN =,955E-045MX =97.438SMXB=279.216.955E-0410.82721.65332.484330654.13364.95975.78586-61297.438AN5YS 5.3 APR 24 1997 11:51:17NODAL SOLUTION STEPHSSUE “TIME=5SEQV(AVG)TOPDMX =16.827SMN 21SE-03 SMX =$9.167 SMXB=263.018.218E-0311.01922.03733.05644.07555.0

16、936611277.1388.14999.167EZ3102006年用户年会论文Z.兌世亞瓜fNSS-CHINO112006年用户年会论文#2006年用户年会论文ANSYS 5.3APR 24 199712:14:21NODAL SOLUTIONSTEP=6SUB =1TIME=6SEQV(AVG)TOPDMX =9,137SMN =772E-Q4SMX =58.S78SMXB-168-554 772E046.542 13.03J19,62632.7139,2525.79452.33658.378!:mANSYS 5. 3 APR 24 1997 12:37:18NODAL SOLUTIONS

17、TEP=7SUB =1TIME=7SEQVi：AVG)TOPDMX =16006SMN 二.431E-03SMX =93.832SMXB=185 0&8431E-0310,42620.85231,27741*70352.12962*55472.9S83.40693,63212亞瓜QNSlTJS-CH|NP2006年用户年会论文13亞瓜QNSlTJS-CH|NP2006年用户年会论文ANSYS 5* 3百FR 24 199713:02:51NODAL SOLUTIONSTEP-8SUBTIMERSSEQV(AVG)TOPDMX =9.395SMN =.102E-03SMX =&6.037SMXB=247 3&1.102E-039.5619.11928.67938.23947.79S57.35866.91776,47766.037ANSYS 5<3APR 24 199713:52:58NODAL SOLUTIONSTEP=9SUB =1TIME=9SEQVAVG)TOPDMX =17.195SMN =,09E 03SMX -98 527SMXB-264.0SE-0310.94821 89532.8436 254.73865.68576.63287.5898 527JH一一 1:鼻血諮»