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铝合金构架的可行性研究

高红义  
【摘要】: 本文尝试采用铝合金材料来设计转向架构架。突破传统钢制构架箱形结构形式,采用铸造铝合金和铝型材对构架各梁体分别成型,然后通过螺栓进行连接。此项研究的主要目的是在于探索采用铝合金材料制造构架的可行性。 本文的研究主要内容包括以下几点: 1.参照传统构架的结构形式对铝合金构架进行外形尺寸设计,确定出构架的具体成型方式—采用铸造铝合金和铝型材分别成型,然后进行螺栓连接。通过有限元分析软件ANSYS进行模拟建模,分析了型材的截面形状、外接圆半径、壁厚等因素对结构Von Mises应力和应变的影响,以及铸件的结构形状、外壁厚度和筋板厚度对结构Von Mises应力和应变的影响;根据型材梁和铸造梁的结构形式确定出了连接板的结构形式。给出了铝合金构架的结构总图。 2.采用螺栓连接、铆接两种连接方式,对结构进行连接性能分析。分别从最大Von Mises应力、最大剪应力和最大位移三方面进行比较,得出采用螺栓连接的性能要好于铆接的结论。 3.针对螺栓预紧力的不同模拟方法和螺栓连接的模拟方法(接触法、耦合和约束方程法)进行应力和计算机时的比较。确定了螺栓预紧力的最佳模拟方法—等效力法,也得出了耦合和约束方程方法不仅能够很好的模拟螺栓连接,而且所花机时相对较少。 4.完成整体构架的设计,对其力学性能进行静强度分析,与钢制参考构架进行比较。得出结论:铝合金构架不仅满足静强度的要求,而且与参考构架相比,实现减重20%,达到了轻量化的目的。 通过对铝合金构架结构等方面的初步研究,对采用铝合金材料制造构架的可行性进行了初步的探讨。


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