《转向架构架疲劳强度与模态的有限元分析论文》(

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1、学号:河南师范大学新联学院《有限元方法》课程总结及上机报告《有限元方法》学习总结及转向架构架静力学的ANSYS有限元分析专业名称：机械设计制造及自动化年级班别：2011级⑵班姓名：杨雪强指导教师：祁和义2011年11月转向架构架疲劳强度与模态的有限元分析摘要：转向架是机车车辆最重耍的组成部件其结构是否合理直接影响机车车辆的运行品质、动力性能和行车安全。如图1为转向架的几何模型。木文主要利用冇限元分析软件ANSYS,对200km/h客运机车转向架构架疲劳强度与模态进行有限元分析，以判断其在模拟工作状态下的模态变形及构架强度是否合理。关键词：转向架、有限元、应力分布

2、。引言冇限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起來的一种现代计算方法。它是50年代首先在连续体力学领域一飞机结构静、动态特性分析屮应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁尝流休力学等连续性问题，因此在传向架构架疲劳强度与模态的冇限元分析屮冇很大帮助，本文止是利用了有限元的这一优势1.O《有限元方法学习总结》1・1进行有限元分析的原因（二级标题，黑体，小四，1.5倍行距，顶格）冇限元分析法是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50年代首先在连续体力学领域一飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广

3、泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。有限元分析软件口前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司，其中ADINA、ABAQUS在非线性分析方面有较强的能力目前是业内最认可的两款冇限元分析软件，ANSYS、MSC进入中国比较早所以在国内知名度高应用广泛。目而在多物理场耦合方面几大公司都可以做到结构、流体、热的耦合分析，但是除ADTNA以外其它三个必须与别的软件搭配进行迭代分析,唯一能做到真正流固耦合的软件只有ADINAoAXSYS是商业化比较早的一个软件,目前公司收购了很多其他软件在旗下oABAQUS专注结构分

4、析目前没有流休模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发冇结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。（随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造更为快速的交通工具、更大规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参数进行分析计算。例如分析计算高层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响，看看是否会发生破坏性事故；分析计算核反应堆的温度场，确定传热和

5、冷却系统是否合理；分析涡轮机叶片内的流体动力学参数，以提高其运转效率。这些都可归结为求解物理问题的控制偏微分方程式，这些问题的解析计算往往是不现实的。近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的冇限元分析（FEA,FiniteElementAnalysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。在工程实践中，有限元分析软件与CAD系统的集成应用使设计水平发生了质的飞跃,主要表现在以下几个方面：增加设计功能，减少设计成木；缩短设计和分析的循环周期；增加产品和工程的可靠性；采用优化设计，降低材料的消耗或成本；在产品制造或工程施工前预先发现潜在的

6、问题；模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；进行机械事故分析，查找事故原因。（宋体，小四，1・5倍行距）1.2有限元分析的数学方法有限元方法的基础是变分原理和加权余量法，其基木求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程屮的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。1.加权余量法：是指采用使余量的加权函数为零求得微分方程近似解的方法称为加权余量法。(Weightedr

7、esidualmethodWRM)是一种直接从所需求解的微分方程及边界条件出发，寻求边值问题近似解的数学方法。加权余量法是求解微分方程近似解的一种有效的方法。设问题的控制微分方程为：在V域内在S边界上式中：L、B——分别为微分方程和边界条件中的微分算子；f、g——为与未知函数u无关的已知函数域值；u——为问题待求的未知函数混合法对于试函数的选取最方便，但在相同精度条件下，工作量最大。对内部法和边界法必须使基函数事先满足一定条件，这对复杂结构分析往往有一定困难，但试函数一经建立，其工作量较小。无论采用何种方法，在建立试函数时均应注意以下儿点：(1)试函数应由完备函

8、数集的子集构成。已被采用