汽车转向架的强度有限元分析.docx

汽车转向架的强度有限元分析对转向架结构进行有限元网格划分，首先对结构外表面划分三角形网格，利用封闭的三角形网格生成四面体网格，即3D模块中的tetramesh功能，三角形面网格如下所示，面网格总数为164478O图1三角形面网格最终进行四面体网格生成，划分好的网格如下所示，网格为四面体网格，单元类型为SOIid45,网格总数为263617。图2四面体网格在轴箱弹簧座上模拟弹簧单元，弹簧单元采用CoMBlN14单元类型，且弹簧单元与转向架支撑处通过MPC连接，如下所示，三个方向刚度则采用三根弹簧模拟。同时约束三个弹簧端点的所有自由度。图3轴箱弹簧座约束条件完成网格划分以后，在hypermesh中进行对应的单元类型，材料属性进行加载，转向架基本力学性能如下表。表1转向架构架用材的基本力学性能类型牌号屈服强度（MPa）超常载荷屈服许用应力（MPa）运营载荷屈服许用应力（MPa）抗拉强度（MPa）板材S355J2W+N355（母材）320（焊接接头）355（母材）320（焊接接头）220510锻件Q345E345345（母材）310（焊接接头）220510铸件S355J2H355（母材）320（焊接接头）300（母材）220510在hypermesh中的单元管理表如下所示。Nwn5-dRCmadETRdElementTypeETRrfNameRcdSeilRealSc<NerneITbch>ewMatSetNolMatNareSecbcoSetNoEbmz30162SOUD45ET_20NONEHA1MATI01945643D32S0UD45ET_20NONEMMAT10267603027L2SOUD45ET_20NONEM1MAT10266343D-49I2SOUD45ET_20NONEMMATI015609WPrflg124C0MBIN14ET_414PROPJ4HA4qwg012mass3MASS21ETJ13PROPJ3M2mass0be2110NONEHONE11rbe2NA3be206图4单元管理表使用特殊载荷的静态实验-每个转向架所施加的垂向负载（对于每个侧量中的一个Fx(N)=Fx(N)=空+)-每个转向架上施加的横向负载=2廿+蚂士通_3nenb其中cl=12tzc2=9.6to将相关参数代入进行计算，特殊载荷时，每个侧梁作用垂向载荷"OkN,横向载荷55KN。横向和垂向载荷的加载位置如下图所示，约束四个斜对称位置。斜时林图5转向架整体受力示意图在hypermesh中加载横向和垂向载荷，最后将设置的好的文件导入至ansys中进行求解分析，在hypermesh中的载荷加载情况如下所示。图6转向架特殊载荷工况加载导入ansys中进行有限元分析，转向架结构分析结果如下所示，其中最大等效应力为173.6MPa,最大变形为12.9mm,材料许用屈服极限为220MPa,转向架结构在特殊载荷作用下最大等效应力小于结构的许用屈服极限，所以认为转向架结构在特殊载荷工况下满足强度要求。.949E-1038.586777.1734115.76154.34719.293357.8896.4667135.053173.64TIME-I图6转向架特殊载荷工况下的等效应力云图TIKE-IUSOMRSYS-OEMX-12.9041SMX -12.90411.433794.301388.6027511.47037.1689610.036512.9041图7转向架特殊载荷工况下的位移云图二、模拟工作中主要负载作用的静态实验：垂向力：Fz(N)=£-(mv+l,2c2-nbm*)-每个转向架上的横向作用力：Fy(N)=0.5CF2+0.5m*g)-转向架的翘曲度和车轮轮缘处线路水平不平顺为5%oCtracknvist)相对应.代入参数计算可知，Fz=120kN,Fy=81kN,参考标准应施加不同负载组合进行校核，如下图所示。其中=0.1,=0.2负我情况每一个便I梁上的垂向力作用在转向架上的横向力%Fn0装有牵引电机01FZF102(l+-)Fx(l-a-)F203(l+a-)Fx(l-a-)F,+Fy4(l+a-)F2(l-a+)Ft05(l÷a-)Fi(l-a+)FxW6(l-a-)F2(l+a-)F207(l-a-)F2(l+a.)Fz-Fy8(l-a+)Fx(i+a+)Fx09(l-a+)Fz(l+a+)F1-Fy图8组合工况代入参数后计算可知9个工况下的载荷如表2所示表2模拟工况下载荷负载情况垂向力横向力(KN)Fzl(KN)Fz2(KN)11201200210884031088481410813205108132816841080784108-81813215609132156-81在ansys中可以采用载荷步来进行加载，总共加载9个载荷，通过APDL直接读入ansys中，然后采用FromLsFiles进行多载荷步求解，10.914832.744343.659对应9个工况下的计算结果如下表所示，云图分别如下负载情况最大变形(mm)最大等效应力(MPa)17.898.227.184.239.3142.348.6102.2512.5167.467.183.479.3142.4810.1120.9911.8174.2SEQV(AVG)RSYS=ODMX=7.82682SMN-.219E-10SMX-98.2328SMXBT60.31365.488587.31854.573876.403398.2328图9负载1下等效应力云图.8696462.608943.47S594.348235.217886.087527.82682图10负载1下等效位移云图图11负载2下的等效应力云图USUMRSYS-OEMX-7.06534SEPC>28.4688SMX-7.06534.7850382.355115.495266'28°37.06534RSYSODMX9.3184SMN -.126E-09SMX -142.317SMXBw235.482TIMEH33SCQV(AVG).126E-0931.62663.25294.8781126.50415.81347.43979.0651110.691142.317图13负载3下的等效应力云图2070764.141516.212278.283021.035383.106135.176897.247659.3184图14负载3卜.的位移云图TIME-4SEQV(AVG)RSYS-ODMX8.59026SMN-.371E-10SMX-102.191SMXB»152.699.371E-1022.709145.418368.127490.836611.354634.063756.772979.482102.191O1908953178957268476357.9544732.863424.772366.681318.59026图16负载4卜位移云图SEQV(AVG)RSYS-ODMX=12.5347SMN=.144E-09SMX-167.401SMXB-282.913.144E-0937.200374.4006111.60118.600255.800593.0008130.201148.801167.401图17负载5下等效应力云图TIME51.392744.17823988.356476.96372SEQV(AVG)74.141664.873983.4093TIME=6USUM.284E-1018.535437.07089.2677127.8031图19负载6下的等效应力云图94.932126.576110.754142.3981.570433.140854.71128628171.7852132.355643.926075.496497.06692图20负载6下的位移云图SEQV(AVG)RSYS-ODMX-9.32S06SMN-.194E-09SMX-142.398SMXB-220.381.194E-0931.443.28815.82247.46679.11O2.072244.144476.216718.288951.036123.108355.180597.252839.32506图22负载7下位移云图.384B-1026.882953.765880.6486107.53213.441440.324367.207294.09”120.973图23负载8下的等效应力云图TIME=8USUM02.247584.495176.742758.990331.123793.371375.618967.8665410.1141SEQV(AVG)RSYS-ODMX-11.808SMN.209E-09SMX-174.168SMXB=284.506.209E-0938.70477.408116.112154.81619.35258.05696.76135.464174.168图25负载9卜.等效应力云图TIME-9USUMRSYS-OCMX-11.808SEPC-30.3123SMX-11.8081.312623993.93599C=BMH7.8719810.4969.1839811.808图26负载9卜位移云图三、模拟工作中特殊负载的静态实验5.1.6纵向力这些纵向力包括由于车体滚摆和车辆在通过小曲率半径线路时轨道对轮对产生的作用力引起的纵向力。对于传统的无轮对径向调中机构的转向架，这个纵向力的值典型的数值为:0.1F2模拟工作载荷时，Fz=120kN,Fx=75kN,载荷加载情况同上。最终计算结果如下所示，最大等效应力为93.2MPa,最大变形为8.9mm。TIME-I.596E-1020.704141.408210.35231.056151.760262.112382.816472.464393.1684图27模拟工作特殊载荷工况下等效应力云图TIME-IUSUMRSYS-O.9918851983773967545951312.975654.959427.935086.943198.92696图28模拟工作特殊载荷工况下位移云图