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1、第6期(总第199期)机械工程与自动化No.62016年12月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONDec.文章编号:1672-6413(2016)06-0063-02基于ANSYS的某货车转向架侧架强度分析﹡李凯1,戚景卫2,王兴1,齐向东1(1.太原科技大学,山西太原030024;2.晋西车轴股份有限公司,山西太原030027)摘要:侧架是转向架的关键零部件之一,是其他部件的安装载体,因此其强度设计是转向架总体设计中非常重要的部分。应用ANSYS软件对某货车转向架侧架进行了有限元分析,对侧架的强度进行了校核,对后续的
2、结构优化设计具有指导意义。关键词:ANSYS;转向架;侧架;有限元分析;静强度中图分类号:TP391.7∶U463.4文献标识码:A0引言采用10节点四面体划分技术进行网格划分,设置全局侧架作为转向架结构安装和载荷传递的重要部单元大小为10,并对承载鞍导框内拐角和承台拐角处件,不但要支撑车体,而且需要传递车体与轮对间的牵进行网格细化,共划分得到209798个单元、355551引力、制动力等各种横向、垂向和纵向力,因此其结构、个节点。离散化的侧架有限元模型如图2所示。形状和尺寸大小不仅要满足各零部件的结构、形状及组装要求,更要具备足够的强度以满足各
3、种载荷的传递要求。本文通过有限元分析软件ANSYS考核其强度是否满足相关标准的要求,进而指导转向架的结构优化设计。1有限元法图1侧架三维实体模型图2侧架有限元模型1.1有限元法的基本原理3侧架静强度载荷计算及约束的施加有限元法最基本的原理是将分析对象的机构或者根据TB／T1335-1996《铁道车辆强度设计及试实体划分为有限个微小的单元体,这些微小的单元体验鉴定规范》和TB／T1959-2006《铁道货车摇枕、侧称为单元,以这些单元体的集合代替原来的连接结构架静载荷及疲劳试验》进行侧架静强度计算,侧架静载实体,这一将被分析的工程实体简化为有限元模
4、型的工况下受到的载荷有垂向载荷、横向载荷和纵向载荷过程称为模型的离散化。3种,选取的计算工况、各工况下施加载荷大小与相应1.2有限元法的基本步骤的评价指标如表1所示。表1中的F为轴载荷,其计有限元分析法通常由3个步骤组成:前处理、求算公式为:解、后处理。前处理包括产生一个有限元模型的几何F=(G-M)g.(1)体的全过程,输入物理特性,划分网格,描述边界条件其中:G为轴重,为25t;M为一个轮对的重量,为1.2t,和载荷,以及检查模型。求解过程就是把前处理模块经计算F=233.24kN。准备好的数据输入到有限元程序中,从而构成并求解表1各工况下侧
5、架载荷力及相关评价指标用线性或非线性代数方程表示的系统。后处理过程即工况垂向力横向力纵向力评价指标列出模型内各离散位置处的位移和应力,利用失效准11.3F应力≤151MPa则,诸如允许的最大偏移、材质的静态或疲劳强度等来21F0.25F应力≤151MPa比较分析这些结果。31.5F0.4F(向外)应力≤151MPa2有限元模型的建立41.5F0.4F(向内)应力≤151MPa建立有限元模型的原则是在保证计算精度的前提52.14F挠度≤1.37mm下,尽量简化力学模型。本文基于侧架设计的方案,通60.57F(向外)挠度≤2.77mm过UG软件建立的
6、侧架三维实体模型如图1所示。70.57F(向内)挠度≤2.77mm将建立的侧架实体模型导入到有限元前处理软件侧架材质为B+级铸钢,其最大许用应力[σ]=151Hypermesh中进行网格划分,基于侧架的结构特点,MPa,弹性模量E=172GPa,泊松比为0.3。﹡国家国际科技合作专项资助(2014DFR70280)收稿日期:2016-03-03;修订日期:2016-09-16作者简介:李凯(1981-),男,山西太原人,助教,硕士,研究方向:项目管理,软件工程应用分析。·64·机械工程与自动化2016年第6期在上述各种工况下,各个载荷的施加位置为
7、:垂向由图3~图9以及表2和表3可见:工况3下侧架载荷以面力的形式施加在侧架弹簧承载台处;横向载的最大当量应力值最大,其最大值为145.1MPa,出现荷以面力的形式施加在侧架立柱上;纵向力以面力的在侧架高圆簧座拐角处,小于许用应力值151MPa;工形式施加在侧架磨耗板处。其垂向约束位于侧架导框况5下侧架的挠度值最大,其最大值为0.91mm,小顶面;横向约束位于侧架导框横向挡处;纵向约束施加于许用挠度值1.37mm。侧架结构满足静强度要求。在侧架导框顶面。4结果分析将划分好网格的侧架有限元模型导入到ANSYS软件中对该侧架模型进行静力分析,求解得到
8、该侧架在各种工况下的应力云图如图3~图6所示,得到的挠度图如图7~图9所示。图8载荷工况6挠度图图3载荷工况1当量应力云图图9载荷工况7
