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日益發(fā)展的高速及重載鐵路運輸對機車車輛結(jié)構(gòu)強度的可靠性和安全性提出了越來越高的要求。而轉(zhuǎn)向架構(gòu)架是機車車輛的關(guān)鍵承載部件之一，其結(jié)構(gòu)強度尤為重要。由于構(gòu)架的結(jié)構(gòu)和受力情況非常復(fù)雜，一般采用ANSYS軟件，即有限元分析的方法進行強度評估校核。因而采用了ANSYS軟件對160km/h客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的靜強度和疲勞強度進行了計算校核。
160km/h客車轉(zhuǎn)向架客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架由兩根箱型側(cè)梁、二根箱型端梁、一根箱型橫梁及一根魚腹形箱型牽引橫梁組成的“目”字形框架結(jié)構(gòu)。本文采用ANSYS12.0建立有限元計算模型，把構(gòu)架離散成為三維實體單元SOLID95一系簧座支撐及拉桿座處根據(jù)構(gòu)架實際受力狀況分別離散成縱向、橫向及垂向彈簧單元COMBIN14。計算模型節(jié)點總數(shù)為20334841個，單元總數(shù)為1080900個，其中彈簧單元176個，實體單元1080724個。構(gòu)架有限元計算模型見圖。
在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的強度計算中，計算載荷和載荷工況的確定是非常關(guān)鍵的。合理的計算載荷可以保證計算結(jié)果的正確性，優(yōu)化的載荷工況組合可以減少計算時間，提高計算效率。本文采用的計算載荷和載荷工況主要參考《UIC615-4動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強度試驗》標準進行載荷的加載及各工況的計算。構(gòu)架強度計算的主要基本參數(shù)見表。從表中可知，該轉(zhuǎn)向架軸重為23000kg，軸重較大，對構(gòu)架結(jié)構(gòu)的強度提出了較高的要求。本文根據(jù)UIC615-4標準，分別對構(gòu)架有限元模型施加超常載荷和運營載荷進行計算，最后根據(jù)應(yīng)力計算的結(jié)果來評估構(gòu)架的靜強度和疲勞強度。其中超常載荷用于評定構(gòu)架的靜強度，而運營載荷用于評價構(gòu)架的疲勞強度。
靜強度評定：對于工況9-工況11，構(gòu)架各點VonMises應(yīng)力均不得大于材料的屈服強度極限345MPa。計算結(jié)果表明，構(gòu)架工況9-工況11下的最大VonMises應(yīng)力值分別為275.24MPa，229.154MPa，320.002MPa。工況11的應(yīng)力值最大，為320.002MPa，小于材料的屈服極限345MPa，滿足靜強度要求。其中工況11的應(yīng)力最大值出現(xiàn)在牽引梁與側(cè)梁交接處的蓋板圓弧處，最大應(yīng)力值為300.002MPa，應(yīng)力云圖見圖。疲勞強度評定：在工程上一般采用Goodman圖進行校核。選取構(gòu)架中應(yīng)力較大各點，取工況的應(yīng)力值，按照下式計算各點的等效平均應(yīng)力及等效應(yīng)力幅值：計算出各點等效平均應(yīng)力及等效應(yīng)力幅值繪制Goodman圖即可對材料的疲勞強度進行評估。對于工況，將各節(jié)點二及二a放入Goodman圖，構(gòu)架各節(jié)點疲勞強度評定結(jié)果見圖。圖表明構(gòu)架上全部點都落在Goodman母材疲勞極限曲線內(nèi)；圖表明構(gòu)架全部焊縫節(jié)點都落在Goodman焊縫疲勞極限曲線內(nèi)；計算結(jié)果表明構(gòu)架疲勞強度滿足要求。
本文根據(jù)UIC615-4標準對160km/h客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的強度進行了三維有限元分析計算。計算結(jié)果及利用計算結(jié)果繪制的Goodman圖表明，該構(gòu)架的靜強度和疲勞強度均滿足要求，可以為類似機車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的強度分析提供借鑒指導(dǎo)。
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