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日益發(fā)展的高速及重載鐵路運(yùn)輸對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的可靠性和安全性提出了越來(lái)越高的要求。而轉(zhuǎn)向架構(gòu)架是機(jī)車(chē)車(chē)輛的關(guān)鍵承載部件之一，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度尤為重要。由于構(gòu)架的結(jié)構(gòu)和受力情況非常復(fù)雜，一般采用ANSYS軟件，即有限元分析的方法進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)估校核。因而采用了ANSYS軟件對(duì)160km/h客車(chē)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算校核。
160km/h客車(chē)轉(zhuǎn)向架客車(chē)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架由兩根箱型側(cè)梁、二根箱型端梁、一根箱型橫梁及一根魚(yú)腹形箱型牽引橫梁組成的“目”字形框架結(jié)構(gòu)。本文采用ANSYS12.0建立有限元計(jì)算模型，把構(gòu)架離散成為三維實(shí)體單元SOLID95一系簧座支撐及拉桿座處根據(jù)構(gòu)架實(shí)際受力狀況分別離散成縱向、橫向及垂向彈簧單元COMBIN14。計(jì)算模型節(jié)點(diǎn)總數(shù)為20334841個(gè)，單元總數(shù)為1080900個(gè)，其中彈簧單元176個(gè)，實(shí)體單元1080724個(gè)。構(gòu)架有限元計(jì)算模型見(jiàn)圖。
在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的強(qiáng)度計(jì)算中，計(jì)算載荷和載荷工況的確定是非常關(guān)鍵的。合理的計(jì)算載荷可以保證計(jì)算結(jié)果的正確性，優(yōu)化的載荷工況組合可以減少計(jì)算時(shí)間，提高計(jì)算效率。本文采用的計(jì)算載荷和載荷工況主要參考《UIC615-4動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行載荷的加載及各工況的計(jì)算。構(gòu)架強(qiáng)度計(jì)算的主要基本參數(shù)見(jiàn)表。從表中可知，該轉(zhuǎn)向架軸重為23000kg，軸重較大，對(duì)構(gòu)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度提出了較高的要求。本文根據(jù)UIC615-4標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)構(gòu)架有限元模型施加超常載荷和運(yùn)營(yíng)載荷進(jìn)行計(jì)算，最后根據(jù)應(yīng)力計(jì)算的結(jié)果來(lái)評(píng)估構(gòu)架的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。其中超常載荷用于評(píng)定構(gòu)架的靜強(qiáng)度，而運(yùn)營(yíng)載荷用于評(píng)價(jià)構(gòu)架的疲勞強(qiáng)度。
靜強(qiáng)度評(píng)定：對(duì)于工況9-工況11，構(gòu)架各點(diǎn)VonMises應(yīng)力均不得大于材料的屈服強(qiáng)度極限345MPa。計(jì)算結(jié)果表明，構(gòu)架工況9-工況11下的最大VonMises應(yīng)力值分別為275.24MPa，229.154MPa，320.002MPa。工況11的應(yīng)力值最大，為320.002MPa，小于材料的屈服極限345MPa，滿足靜強(qiáng)度要求。其中工況11的應(yīng)力最大值出現(xiàn)在牽引梁與側(cè)梁交接處的蓋板圓弧處，最大應(yīng)力值為300.002MPa，應(yīng)力云圖見(jiàn)圖。疲勞強(qiáng)度評(píng)定：在工程上一般采用Goodman圖進(jìn)行校核。選取構(gòu)架中應(yīng)力較大各點(diǎn)，取工況的應(yīng)力值，按照下式計(jì)算各點(diǎn)的等效平均應(yīng)力及等效應(yīng)力幅值：計(jì)算出各點(diǎn)等效平均應(yīng)力及等效應(yīng)力幅值繪制Goodman圖即可對(duì)材料的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于工況，將各節(jié)點(diǎn)二及二a放入Goodman圖，構(gòu)架各節(jié)點(diǎn)疲勞強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果見(jiàn)圖。圖表明構(gòu)架上全部點(diǎn)都落在Goodman母材疲勞極限曲線內(nèi)；圖表明構(gòu)架全部焊縫節(jié)點(diǎn)都落在Goodman焊縫疲勞極限曲線內(nèi)；計(jì)算結(jié)果表明構(gòu)架疲勞強(qiáng)度滿足要求。
本文根據(jù)UIC615-4標(biāo)準(zhǔn)對(duì)160km/h客車(chē)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的強(qiáng)度進(jìn)行了三維有限元分析計(jì)算。計(jì)算結(jié)果及利用計(jì)算結(jié)果繪制的Goodman圖表明，該構(gòu)架的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均滿足要求，可以為類似機(jī)車(chē)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的強(qiáng)度分析提供借鑒指導(dǎo)。
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