汽车转向架的强度有限元分析.docx

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1、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

2、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-dRCmadETRdElementTypeETRrfNameRcdSeilRealScewMatSetNol

3、MatNareSecbcoSetNoEbmz30162SOUD45ET_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

4、)=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

5、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

6、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(la-)Fi(l-a+)FxW6(l-a-)F2(l+a-)F207(l-a-)F2(l+a.)Fz-Fy8(l-a+)Fx(i+a+)Fx09(l-

7、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)17.898.2

8、27.184.239.3142.348.6102.2512.5167.467.183.479.3142.4810.1120.9911.8174.2SEQV(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-7.06534SEPC28.4688SMX-7.06534.7

9、850382.355115.4952662837.06534RSYSODMX9.3184SMN -.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-1

10、02.191SMXB152.699.371E-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

11、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-0931.4

12、43.28815.82247.46679.11O2.072244.144476.216718.288951.036123.108355.180597.252839.32506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=BMH7.8719810.49