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机车转向架构架疲劳寿命预测

邓锐  
【摘要】: 长期以来,构架作为铁道机车车辆系统的关键部件,其结构强度和疲劳寿命得到了广泛的关注。构架结构静强度在设计阶段可以通过计算,并结合相关理论进行评估从而得到保证。构架在动应力作用下的疲劳强度评估一般只有在其制造完成后,通过相应的疲劳测试试验来进行。如果测试结果表明构架的疲劳强度不满足设计和服务年限的要求,那么该构架就只得进行改进或重新设计。这显然与尽可能地缩短产品开发周期、最大限度地降低产品研制成本的现代化工业设计理念不符合。 本文结合国内外疲劳研究最新成果,通过机车多体系统动力学仿真、有限元法和疲劳寿命预测等多领域综合分析,以期实现设计阶段机车转向架构架的疲劳寿命评估。首先根据机车实际的结构参数,利用动力学仿真软件SIMPACK建立整车动力学模型,通过对机车典型运行工况下的动力学性能仿真,计算得出用于构架疲劳寿命分析的载荷时间历程;然后根据机车转向架构架的实际结构尺寸,利用三维制图软件SolidWorks建立详细的构架实体模型,并利用该软件与ANSYS之间的接口实现构架的有限元分析,包括静态应力分析、准静态应力分析和模态分析;最后确定母材和焊缝的S-N曲线,结合作用于构架上的载荷时间历程和有限元准静态应力分析结果,选择合适的疲劳寿命预测方法,采用相关疲劳寿命分析软件nSoft对构架进行疲劳寿命分析,得出构架结构最薄弱的结构部位,并对其进行详细的寿命分析。 这种基于虚拟样机技术的疲劳寿命分析方法,在构架结构设计阶段就能预测动应力分布状态,从而为构架结构的优化设计提供理论依据。


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