基于+HyperMesh+的机车转向架构架静强度及疲劳强度分析

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1、Altair2012HyperWorks技术大会论文集基于HyperMesh的机车转向架构架静强度及疲劳强度分析刘余龙陈晓峰卜旦霞南车株洲电力机车有限公司株洲412001摘要：本文利用HyperMesh软件建立了构架的三维有限元模型，根据标准UIC615-4对构架施加各种载荷工况，然后利用HyperMesh与其他CAE软件求解器接口，把有限元模型导入求解器中求解各工况下的应力，并进行校核，完成构架的静强度及疲劳强度分析。关键词：HyperMesh构架静强度分析疲劳强度分析0引言转向架是机车的主要组成部分，它利用轮轨间的黏着保证牵引力的产生，保证机车顺

2、利通过曲线并使[1]机车具有较好的运行平稳性和稳定性。构架是转向架的骨架，是转向架其他零部件的安装基础，承受各[2]零部件所产生的载荷。构架的受力状态非常复杂，为保证机车运行的安全性，有必要在转向架设计时对构架进行强度评估。本文以某机车构架为研究对象，利用Altair公司的HyperMesh软件建立构架的有限元模型，并进行有限元分析。1构架有限元模型本文中讨论的机车构架的结构特点为端部牵引，框架为“日”字形结构，主要由2根侧梁1根横梁1根端梁及1根端部牵引梁组成，各梁皆为由钢板焊接而成的箱型焊接结构。中间横梁设有电机吊挂座。端部牵引梁设有牵引座与牵引

3、杆连接，给车体提供牵引力。在构架设计时用三维软件建立构架的三维模型，然后导入到HyperMesh中，利用HyperMesh的抽中面功能建立由面元素组成的构架模型。由于整个构架主要由钢板焊接而成，其长度和宽度远大于其厚度，因此构架主要离散成壳单元，部分安装座离散成实体单元。最后离散出壳单元78006个，实体单元4804个，节点78466个，构架有限元模型如图1所示。1Altair2012HyperWorks技术大会论文集图1构架有限元模型2计算参数及载荷工况组合在转向架构架的强度计算分析中，计算载荷和载荷工况参考《UIC615-4动力转向架构架强度试验

4、》标准中规定的计算载荷和载荷工况实施。2.1计算参数构架强度计算的基本参数见表1。表1构架计算参数序号符号描述数值单位1Pu轴重25000kg2Mv机车质量100000kg3Mb转向架质量18000kg4la轴距2600mm5nb每节机车转向架数量2-6ne每个转向架上轮对数量2-7Md电机装配质量2150Kg8Me电机额定扭矩5894N*m9Mt电机短路扭矩40000N*m10kpz每轴轴箱一系垂向刚度910N/mm11kpy每轴轴箱一系横向刚度5259N/mm12kpx每轴轴箱一系纵向刚度33759N/mm2.2载荷工况组合本文按照UIC615-

5、4标准，利用HyperMesh软件分别对构架有限元模型施加超常载荷和运营载荷，并直接导入求解器中进行计算，根据应力计算结果，评估构架的静强度。其中超常载荷用于评定构架的静强度，而运营载荷用于评价构架的疲劳强度。2Altair2012HyperWorks技术大会论文集超常及运营载荷主要有：超常工况垂向载荷F、模拟运营垂向载荷F，作用于二系簧座；zmaxz超常工况横向载荷F、模拟运营横向载荷F，作用于二系簧座及横向止档；ymaxy牵引电机和传动系统的静载荷F，作用于电机悬挂点；zdj电机额定转矩产生的的载荷F、F，作用于电机悬挂点；znmaxzn5‰轨道

6、扭曲位移h，10‰轨道扭曲位移h，作用于在一系簧；510构架承受转向架3g冲击载荷F，作用于牵引座。3cj根据标准UIC615-4，主要运营工况和超常工况的组合如表2所示。考虑车体侧滚及浮沉的影响，取α=0.1，β=0.2。表2工况组合工作用于侧梁上的垂向载荷横向纵向轨道扭曲电机悬挂点载荷况左侧梁右侧梁载荷载荷1FzFz000+Fzdj2(1+α-β)Fz(1-α-β)Fz0Fx0+FzdjFzn3(1+α-β)Fz(1-α-β)FzFY-Fx0-FzdjFzn4(1+α+β)Fz(1-α+β)Fz0Fx0+FzdjFzn5(1+α+β)Fz(1-α

7、+β)FzFY-Fx0-FzdjFzn6(1-α-β)Fz(1+α-β)Fz0-Fx0-FzdjFzn7(1-α-β)Fz(1+α-β)Fz-FYFx0+FzdjFzn8(1-α+β)Fz(1+α+β)Fz0-Fx0-FzdjFzn9(1-α+β)Fz(1+α+β)Fz-FYFx0+FzdjdFzn10(1+α-β)Fz(1-α-β)FzFY-Fx5‰扭曲-FzdjFzn11(1-α+β)Fz(1+α+β)Fz-FYFx5‰扭曲+FzdjFzn12FzmaxFzmaxFYmax00013FzFz03g冲击0014FzFz000+FzdjFznmax1

8、5FzmaxFzmaxFYmax010‰扭曲03计算结果及分析3.1静强度计算结果分析静强度评定：对于工况1