梁昊

摘 要：重載運輸一直是鐵路貨車得以快速發(fā)展的主流方向，持續(xù)提升鐵路貨車可靠性是必不可少的，三大件式轉(zhuǎn)向架作為重載貨車的關(guān)鍵部件，其可靠性對重載運輸?shù)陌踩灾陵P(guān)重要，運用模塊化有限元軟件ABAQUS，基于TB/T1959-2006《鐵路貨車搖枕、側(cè)架靜載荷及疲勞試驗》的要求，以國內(nèi)某25t軸重轉(zhuǎn)向架側(cè)架為對象，研究側(cè)架的有限元仿真方法，通過與實測數(shù)據(jù)對比，證實該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對側(cè)架在疲勞載荷下的有限元分析。

關(guān)鍵詞：側(cè)架;有限元;疲勞強度

前言

以國內(nèi)某25t軸重轉(zhuǎn)向架側(cè)架為分析對象，運用大型模塊化有限元軟件ABAQUS，通過模型導入、建立材料屬性、結(jié)構(gòu)離散、分工況添加約束及載荷、求解計算等關(guān)鍵步驟，完成對側(cè)架的有限元計算，將計算結(jié)果與某主機廠實測數(shù)據(jù)進行對比研究。

1 ABAQUS有限元軟件

ABAQUS軟件依靠強大的有限元分析能力和完善的CAE集合功能，已經(jīng)在機械、土木、航空、水利、汽車等工程領(lǐng)域得到專家學者的廣泛認可和運用，其主要特點是集成了包括靜力學、動力學以及多體動力學等結(jié)構(gòu)分析模塊，能夠讓用戶在建模時根據(jù)有限元模型和實際情況自由選擇，由于側(cè)架結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，運用工況復(fù)合性較強，應(yīng)用ABAQUS的Load、Constraint模塊能夠較清晰、快速實現(xiàn)側(cè)架的有限元分析。

2 模型的導入與離散

運用三維CAD軟件建立的側(cè)架模型轉(zhuǎn)換成STP格式，導入ABAQUS中，作為幾何模型，采用實體四面體單元對側(cè)架進行網(wǎng)格劃分，其中單元長度設(shè)置為20mm，離散后的模型共劃分出219660個實體單元。

3 邊界條件及載荷工況

依據(jù)TB/T1959-2006的規(guī)定，疲勞試驗需對側(cè)架兩軸箱導框的橫向、縱向、縱向扭轉(zhuǎn)、垂向扭轉(zhuǎn)進行約束，僅保留垂向和橫向扭轉(zhuǎn)2個自由度。

根據(jù)側(cè)架與軸向中心的相對位置，在ABAQUS中分別設(shè)置了2各參考點作為支點，將參考點與導框進行耦合處理，分別設(shè)置三個邊界條件，分別為BC-1、BC-2、BC-3，其中BC-1中約束參考點與導框耦合體的U2和UR1，BC-2中約束了兩導框的外立面的U3，BC-3中約束了導框內(nèi)面的U1，如圖1所示。

根據(jù)TB/T1959-2006的要求，側(cè)架疲勞工況下受到垂向、橫向和扭轉(zhuǎn)三種載荷，側(cè)架彈簧承載面垂向和軸箱導框橫向建立 M ATRIX27 彈簧單元， 模擬側(cè)架受力過程中隨軸箱一起繞輪對的轉(zhuǎn)動。垂向載荷作用時，側(cè)架對稱面上對稱約束， 約束彈簧承載面處彈簧單元的垂向線位移， 垂向載荷作用在搖動臺承載面上。橫向載荷作用時，對稱面上對稱約束，約束導框處彈簧單元的橫向線位移。對疲勞載荷譜進行分解，得到三種載荷單獨和組合加載的靜態(tài)工況，如表1。

4 有限元計算結(jié)果

25t軸重側(cè)架的靜力學仿真結(jié)果中，工況1和工況9的應(yīng)力響應(yīng)結(jié)果較明顯，應(yīng)力云圖如圖2、3所示。

5 計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)對比

從應(yīng)力云圖可以看出，側(cè)架的大應(yīng)力點主要集中在軸向拐角處、彈簧承臺拐角處，將計算結(jié)果的最大應(yīng)力與試驗數(shù)據(jù)進行比對，如表2所示。

6 結(jié)論

通過Abaqus軟件對側(cè)架在不同靜載荷加載情況下的應(yīng)力分布進行了分析，得到其應(yīng)力較大的特征點應(yīng)力。同時，通過應(yīng)變片實際測量不同工況加載時的應(yīng)力分布。將模擬分析的應(yīng)力值和有限元分析得到的應(yīng)力值進行對比分析發(fā)現(xiàn)，雖然存在少部分差異較大的點，但側(cè)架和搖枕的模型計算的應(yīng)力值與實際測試得到的應(yīng)力值大多數(shù)吻合較好，模型具有一定可靠性。

參考文獻

[1]TB/T 1959-2006.鐵路貨車搖枕、側(cè)架靜載荷及疲勞試驗[S].2006.

[2]黃昔平，魯寨軍.基于有限元技術(shù)的側(cè)架靜強度和疲勞壽命分析[J].鐵道機車車輛，2010，30（3）：52-55.

[3]石亦平.ABAQUS有限元分析實例詳解[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[4]錢立新.國際鐵路重載運輸發(fā)展概況[J].國外鐵路，2002，24（12）：55-56.