机车转向架构架强度的有限元分析
新型地铁车辆转向架构架有限元模态分析
体结 构焊 接而成 。 果把 构架作 为一 个 整体零 件 建模 ， 如
需 要处 理 非 常多 的尺 寸关 系和 约 束条 件 ， 作 量 非常 操
大 。 果先 建立 各个零 件 的三维 模 型 ， 虚拟 装 配为装 如 再 配 体 ， 免 了构 架 作 为 整 体 零 件 建 模 的 缺 点 ， 快 速 建 避 能
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新型地铁车辆转向架构架有限元模态分析★
口 李永春 口 张锁怀
西安
口 孙军帅
７ ０２ １０ １ 上海 ２ ０ ３ ０２ ５
１ 陕西科技大学 机电工程学 院 ．
２ 上海应用技术学院 机械与 自动化工程学院 ．
摘 要 ：在 三 维 实体 建 模 软 件 Ｓｌ Ｗｏｋ ｏｉ ｒｓ中建 立 了 某型 号 地 铁 车 辆 转 向架 构 架 三 维 实体 模 型 。 用 Ｓｌ Ｗｏ ｓ ｄ 应 ｏｉ ｒ 无缝 ｄ ｋ
Ｓ ｌ Ｗｏｋ ｏｉ ｄ ｒ ｓ及 Ｃ Ｓ Ｏ ＭＯＳ ｒｓ为 工 具 ， 析 其 模 态 ， Ｗｏｋ 分 研
究 其 振动特 性 。
１ 构 架 实体 模 型 的 建 立
该转 向架 构架 由低 合 金 结 构 钢 Ｓ ５ 德 国牌 号 ） Ｔ ２（ 焊 接成 箱形 梁组成 的 Ｈ形 无 端梁 结 构 ， 右 两侧 对称 左 布 置 的侧 梁 组 成 和 中 间 的横 梁 组 成 构 成 了 构 架 的 主 结 构 。 梁 主 要 由 内外 腹 板 、 梁 上 下 盖 板 、 框 上 下 盖 侧 侧 导
因此 ， 文 将 以某 一 新 型 转 向架 构 架 为 研 究 对 象 ， 本 以
图形 用 户 界 面 ， 够 快 速 地 按 照 转 向 架 各 个 零 件 工 程 能 图建 立 三 维 实 体 模 型 。
HXN5型机车转向架导框脚强度分析
导 框 脚 进 行 三 维 建 模 和 静 强 度 的 有 限 元 分 析 ，最 后 得 出 ＨＸ Ｎ５ 型 内燃 机 车导 框脚 的静 强度 分析 结果 。
２ 三维模型
ＨＸ Ｎ５ 型 内燃 机 车 导 框脚 主 要 为机 车 牵 引 ，过 曲线 ， 整 车 起 吊提 供支 撑 。因此 ，导 框 脚结 构 的稳 定 性直 接 影 响 机 车运 行 的安全 性和 叮靠 性 。
白雁 飞 王淑 琴 李 强
白雁 飞
豳 理 业 燃 王 白 兰 机 淑 雁 工 州 ， 车 琴 程 飞 交 工 转 师 通 学 （ 向 １ 大 学 ， ９ 架 ８ ２ 学 士 ６ ０ 设 ０ 车 ． 一 ９ 计 现 ） 年 辆 工 男 毕 从 作 业 程 事 ， 。 助 于 专 内
）女 ，助 理 讲 师 ，２ ０ ０ ９ 年毕 业于 兰州 交 通 大学 车辆 工程 专 业 ， 工 学 学士 ，现 从事 城 市轨 道 交通 相 关专 业课 程 教学 工作 。
为 ：Ｆ ２ ：１ ． ５ ． Ｇ／ ４＋ Ｆ ｚ
３ 工况与载荷
根据 转 向 架工 作 的 实际 情况 ，为 了验 证 在机 车 运 行时
可能 出现 的 最大 载荷 的共 同作 用 下 ，导 框脚 不 超过 本 身材
注：１ ． ５ 为安全系数 ；Ｇ 为轮对 （ 簧下 ）重量；Ｆ ｚ 为弹
பைடு நூலகம்
注： １ ． ５ 为 安 全 系数 ；Ｆ ｙ 为机 车 过 曲线 时轮 对 受 到 的 最 大横 向力 。 ３ ． １ ＿ ３ 工况 ３（ 起 吊工况 ） 当机 车 在 起 吊时 ， 簧 下 重 量 将 全 部 施 加 在 轮 对 托 座 上 ，轮对 托 座将 力 传递 到导 框 脚 ，因此所 受 到的 起 吊载 荷
转向架构架技术设计强度计算分析
2006年用户年会论文转向架构架技术设计强度计算分析张开林 肖守纳 [西南交通大学机车车辆研究所]转向架构架的强度计算依据UIC 515VE 标准，并参照《高速试验列车技术条件》有关规范进行的。
1. 构架计算模型：构架结构为中间加横梁的柜形结构，由两根侧梁、横梁、牵引横梁及前后端梁组成，构架结构示意图见图1。
构架的强度计算采用ANSYS 5.31软件完成。
针对构架结构特点对构架计算模型均采用板单元进行离散。
构架有限元分析计算模型的节点数为22921个，单元总数24845个，计算模型质量为3414.5kg，构架结构模型离散图见图2。
2. 计算载荷及计算工况2.1构架基本载荷 垂向静载荷(1)其中：Fz－构架一侧垂向静载荷（kN） Mc－动力车总质量（t） Mb－转向架质量（t）(2)其中： －左侧电机座垂向静载荷（kN） －电机质量（t）模拟营运横向载荷(3)其中：Fy－构架模拟营运横向载荷（kN） Fz－构架一侧垂向静载荷（kN） 最大可能横向载荷(4)g m m F b c z )2(41−=g m F d z 107'=)5.0(5.0g m F F b z y •+=)1210(0.2max g m F c y +='z F d m2006年用户年会论文其中：Fymax－构架最大可能横向载荷（kN） 模拟运营纵向载荷机车以250km/h 的速度运行时的牵引力。
模拟纵向冲击载荷（KN）(5)由基本参数计算各载荷值如下：2.2构架载荷组合工况根据上述基本载荷对构架的计算工况进行组合，其组合工况见表一。
对于作用在侧梁上的垂直÷向载荷按面力考虑； 对于作用在电机座上的垂向载荷按面力考虑； 对于纵向载荷，按线载荷作用于相应的位置；b s m g F •=3KNF KN F KN F KN F KN F KN F s y x y y z 0.721,5.120,5.746.245,2.169,3.218max max ======2006年用户年会论文对于横向载荷，按节点载荷作用于相应的位置。
CRH380B转向架构架结构强度及可靠性分析
CRH380B转向架构架结构强度及可靠性分析CRH380B转向架构架结构强度及可靠性分析引言：CRH380B是中国发展的一种高速铁路列车，其转向架构架结构的强度和可靠性是确保列车安全和正常运行的关键要素。
本文将对CRH380B转向架构架结构的强度和可靠性进行分析和探讨，以期为相关设计和改进提供参考。
一、转向架构架结构设计特点CRH380B转向架构架结构采用了先进的设计理念和技术，具有以下特点：1. 采用轻量化材料：为了减轻列车的整体重量，减少能耗，转向架架结构采用了轻质高强度铝合金材料。
2. 强度优化设计：通过有限元分析等方法，对转向架架结构进行力学分析，优化布置各个结构部件，以提高强度和刚度。
3. 振动减震措施：考虑到高速运行过程中存在的不确定性载荷和振动，转向架架结构采用了减震装置和缓冲器，以减少振动对架结构的冲击。
二、架结构强度分析为了确保CRH380B转向架架结构的强度，需要进行强度分析。
主要包括以下几个方面：1. 转向架荷载分析：根据列车运行条件和运行速度，对转向架受到的动车组内外力进行分析，考虑到列车行进过程中的加速度、曲线半径和坡度等因素。
2. 结点载荷计算：根据转向架的结构布局，确定各个关键节点的受力情况，计算节点处的应力和变形，分析其强度和稳定性。
3. 强度校核：对于转向架结构中的关键零部件，进行强度校核计算，以确保其满足设计要求和使用寿命。
三、架结构可靠性分析除了强度分析外，转向架架结构的可靠性也是一项重要指标。
主要包括以下方面：1. 可靠性设计：在转向架架构设计过程中，要考虑到各个零部件的可靠性指标要求，例如使用寿命、可靠性指数等。
通过合理的设计参数和工艺控制，提高零部件的可靠性。
2. 可靠性评估：对于转向架架结构进行可靠性评估，可以采用可靠性分析方法，如故障树分析、失效模式和影响分析等，从而找出可能的故障原因和改进措施。
3. 可靠性验证：通过对转向架架结构进行可靠性验证测试，例如静态加载试验、振动试验等，来验证其设计和生产的可靠性。
CRH2动车组拖车转向架构架的强度分析
CRH2动车组拖车转向架构架的强度分析CRH2动车组拖车转向架构架的强度分析引言：现代高速铁路系统在运营中对列车的安全性和运行效率要求越来越高。
作为其中重要组成部分的动车组拖车转向架结构架的设计和强度分析对于保障列车的安全运行至关重要。
本文将对CRH2动车组拖车转向架结构架的强度进行分析，并探讨其对列车运行的影响。
一、CRH2动车组拖车转向架的结构CRH2动车组拖车转向架结构由构架、悬挂装置、附属装置和附件组成。
其中，构架是支撑整个转向架的关键部分，其强度对转向架的安全运行起着重要作用。
二、转向架结构的强度分析1. 载荷计算：在分析转向架结构强度之前，需要先对其所承受的载荷进行计算。
载荷主要包括静载荷（车辆重量）、动载荷（列车在运行中的振动和冲击）以及侧向力等。
通过对各种载荷进行计算和模拟，可以获得转向架结构所承受的力学应力。
2. 强度分析：利用有限元分析方法，对转向架结构进行强度分析。
将转向架的结构分解为有限个小单元，通过建立数学模型对其进行计算和分析。
通过分析，可以了解不同部位的强度情况，进而进行必要的优化措施。
3. 疲劳分析：转向架在长期运行过程中会受到循环荷载的作用，容易出现疲劳破坏。
因此，疲劳分析也是转向架结构强度分析的重点之一。
通过对转向架在实际运行条件下的循环荷载进行模拟和计算，可以得到转向架结构的疲劳寿命并提出相应的改进措施。
三、强度分析对列车运行的影响1. 安全性保障：通过对转向架结构的强度分析，可以评估其在不同载荷情况下的安全性能，从而保障列车在高速运行时的安全性。
2. 运行效率提升：强度分析结果可以为CRH2动车组的设计和制造提供依据，优化结构，减少材料用量，提高组装效率，从而降低成本和提高生产效率。
3. 降低维修成本：通过对转向架结构的强度分析，可以提前发现可能出现的疲劳破坏部位，采取相应的维修措施，减少维修成本和维修时间，提高列车的可用性和可靠性。
结论：对于CRH2动车组拖车转向架结构架的强度分析是确保列车安全运行的重要环节。
机车转向架构架强度的有限元分析_图文.
机车转向架构架强度的有限元分析作者：郁炜江海兵构架是机车转向架最关键的零部件之一，也是转向架其它各零部件的安装基础，在机车的牵引运行中起传递牵引力、制动力、横向力及垂向力的作用，因此，机车转向架构架的可靠性对机车的性能和安全性有重大影响。
传统的转向架构架强度的可靠性评价大多通过物理样机的某些试验，再通过金属探伤、磁电探伤等方法来检验…，成本高，开发周期长。
所以，使用有限元的理论对转向架构架建模，并利用有限元分析软件对其进行应力分析和强度计算来确保机车转向架构架的可靠性有重大意义，本文在此进行了尝试。
目前，国外几家著名的公司研制的有限元分析软件如MSC、ANSYS、I-DEARS等在国内许多设计中得到了较为广泛的应用。
MsC公司提供的有限元软件在有限元建模、结构分析(静态、瞬态动力学、热、电磁场、流体问题等及其耦合问题、接触、强非线性、碰撞等方面都有独到的处理方法，本文详细介绍了其中的前后处理软件MSC／PATRAN和结构分析软件MSC／NASTRAN在机车转向架构架强度计算与分析中的应用。
1 有限元强度计算模型的建立机车转向架构架一般为箱型梁结构，有限元计算模型可以采用薄板单元按照设计图纸上的实际尺寸建模，并根据构架各部分是否承受载荷确定网格的疏密程度，在MSC／PATRAN软件中生成有限元计算网格模型。
文中选择一例已通过物理样机测试实验、强度合格的机车转向架构架进行分析。
它是由两根侧梁、一根横梁和两根端梁组焊成的"日"字形结构，整个构架计算模型共有20 225个薄板单元和27 848个节点，如图1。
2有限元强度计算的载荷和边界条件在机车转向架构架的有限元计算分析过程中，施加约束和载荷的原则是在构架主动施力处施加载荷，被动受力处施加约束：机车运行时，作用在构架上的载荷可以归纳为静载和动载两大类。
静载荷在运行过程中具有确定不变的数值和方向，包括机车上部重量、转向架自重以及安装在转向架上各种装置的重量、电传动内燃机车与电力机车的牵引电机的重量、液力传动内燃机车的中问齿轮箱重量等；动载荷是在运行过程中方向和大小都随时间变化的载荷，包括由于车体振动产生的附加垂向动载荷、机车牵引运行时作用在构架上的纵向力、机车通过曲线时作用在构架上的侧向力、牵引电机作用于构架的振动载荷以及工作时的反扭矩或电阻制动反扭矩、齿轮箱工作时的反扭矩、制动力、由于线路及其它原因使构架产生的扭曲力等。
Y25型转向架构架结构强度和疲劳分析
Y25型转向架构架结构强度和疲劳分析Y25型转向架构架结构强度和疲劳分析概述：随着铁路交通运输的发展，高速列车对转向架的要求越来越高。
本文将对Y25型转向架的结构强度和疲劳进行分析，以期为高速列车转向架的设计和改进提供指导。
一、转向架结构强度分析1. 架构设计Y25型转向架的架构设计围绕着提高结构强度展开。
采用了截面尺寸大、材料性能好的钢材，通过合理的梁柱布置确定主轴和副轴的力学特性。
通过对结构的受力分析和计算，确保转向架在列车运行过程中能够承受各种力的作用。
2. 受力分析转向架在使用过程中，受到了多方面的力作用，包括垂向荷载、弯矩和剪力等。
对于垂向荷载，主要是来自列车荷载的传递和集中荷载的作用。
对于弯矩和剪力，来自于曲线行驶时车轮的侧向力以及交流电动机产生的冲击力。
通过受力分析，确定了转向架在各种条件下的最大受力情况。
3. 结构强度计算根据受力分析的结果，进行结构强度计算。
采用有限元方法，将转向架的结构分为若干个小单元，在每个小单元中进行应力和应变的计算。
通过应力云图的分析，了解到转向架中的应力分布情况，并确定了各个关键部位的强度和刚度。
二、转向架疲劳分析1. 疲劳寿命预测疲劳是导致转向架失效的主要原因之一，因此对于转向架的疲劳寿命进行分析非常重要。
通过疲劳试验和数值模拟相结合的方法，预测转向架在长时间使用过程中的疲劳寿命。
根据材料的疲劳性能和实际应力情况，建立疲劳寿命模型，预测转向架在预定使用条件下的寿命。
2. 疲劳裂纹扩展在转向架的使用过程中，可能会出现疲劳裂纹，如果不及时处理，裂纹将进一步扩展，导致转向架的失效。
通过对转向架材料的断裂韧性和裂纹扩展速率进行研究，可以预测裂纹扩展的情况。
根据研究结果，采取相应的措施，延长转向架的使用寿命。
3. 疲劳寿命评估根据疲劳寿命预测和裂纹扩展情况，对转向架的疲劳寿命进行评估。
通过评估结果，确定转向架的使用寿命和更换周期，为转向架维修保养提供依据。
结论：Y25型转向架的结构强度和疲劳分析对于高速列车的安全运行非常重要。
高速动车组转向架构架强度分析与模态研究
高速动车组转向架构架强度分析与模态研究高速动车组转向架构构强度分析与模态研究引言随着高速铁路的迅猛发展，动车组的运行速度也越来越高。
转向架作为动车组重要的组成部分之一，承担着支持车体重量、提供转向功能、吸收轴重和抵抗横向力等重要任务。
本文通过对高速动车组转向架构进行架强度分析与模态研究，旨在提高转向架的结构设计水平，确保车辆的安全性、稳定性和运行平稳性。
一、高速动车组转向架构构简介高速动车组转向架构构一般由轮轴、横梁、弹簧和减震器等组成。
轮轴是承载车体重量和传递车辆动力的主要部分；横梁连接轮轴和车体，充当连接和支撑的桥梁；弹簧和减震器负责减少车轮与轨道之间的振动和冲击力。
二、高速动车组转向架构构强度分析（一）受力分析高速动车组转向架承受着多种力的作用，如自重、车体荷载、弓网荷载、渐进曲线荷载、过盲曲线荷载、车体偏心力和紧急制动荷载等。
这些力会产生横向和纵向的受力效应，对转向架构构的强度产生影响。
（二）有限元分析采用有限元方法可以对转向架构构的强度进行分析。
首先，建立转向架的三维建模，然后将其离散化为有限元，使用相应的单元类型和单元网格。
根据受力分析结果，在软件中设定材料特性和边界条件，进行结构强度计算。
最后，通过分析结果对转向架进行优化设计。
（三）强度计算利用有限元分析结果，可以对转向架进行强度计算。
通常采用应力应变理论，根据材料的特性，计算材料在受力时产生的应力和应变情况。
通过比较计算结果和材料的疲劳极限和屈服极限，评估转向架在使用寿命内的耐久性。
如果存在问题，需要进行结构调整或材料更换。
三、高速动车组转向架构构模态研究（一）模态分析原理模态分析是指通过对结构的固有振动特性进行计算和分析，以预测结构在受到外部激励时的振动响应。
通过模态分析可以得到结构的固有频率、振型和固有阻尼等信息，从而为结构的设计和优化提供依据。
（二）有限元模态分析有限元模态分析是通过有限元方法进行的模态分析。
首先，建立转向架的有限元模型，设置约束条件和刚度约束。
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机车转向架构架强度的有限元分析
作者：郁炜江海兵
构架是机车转向架最关键的零部件之一，也是转向架其它各零部件的安装基础，在机车的牵引运行中起传递牵引力、制动力、横向力及垂向力的作用，因此，机车转向架构架的可靠性对机车的性能和安全性有重大影响。
传统的转向架构架强度的可靠性评价大多通过物理样机的某些试验，再通过金属探伤、磁电探伤等方法来检验…，成本高，开发周期长。
所以，使用有限元的理论对转向架构架建模，并利用有限元分析软件对其进行应力分析和强度计算来确保机车转向架构架的可靠性有重大意义，本文在此进行了尝试。
目前，国外几家著名的公司研制的有限元分析软件如MSC、ANSYS、I-DEARS等在国内许多设计中得到了较为广泛的应用。
MsC公司提供的有限元软件在有限元建模、结构分析(静态、瞬态动力学)、热、电磁场、流体问题等及其耦合问题、接触、强非线性、碰撞等方面都有独到的处理方法，本文详细介绍了其中的前后处理软件MSC／PATRAN和结构分析软件MSC／NASTRAN在机车转向架构架强度计算与分析中的应用。
1 有限元强度计算模型的建立
机车转向架构架一般为箱型梁结构，有限元计算模型可以采用薄板单元按照设计图纸上的实际尺寸建模，并根据构架各部分是否承受载荷确定网格的疏密程度，在MSC／PATRAN 软件中生成有限元计算网格模型。
文中选择一例已通过物理样机测试实验、强度合格的机车转向架构架进行分析。
它是由两根侧梁、一根横梁和两根端梁组焊成的"日"字形结构，整个构架计算模型共有20 225个薄板单元和27 848个节点，如图1。
2有限元强度计算的载荷和边界条件
在机车转向架构架的有限元计算分析过程中，施加约束和载荷的原则是在构架主动施力处施加载荷，被动受力处施加约束：
机车运行时，作用在构架上的载荷可以归纳为静载和动载两大类。
静载荷在运行过程中具有确定不变的数值和方向，包括机车上部重量、转向架自重以及安装在转向架上各种装置的重量、电传动内燃机车与电力机车的牵引电机的重量、液力传动内燃机车的中问齿轮箱重量等；动载荷是在运行过程中方向和大小都随时间变化的载荷，包括由于车体振动产生的附加垂向动载荷、机车牵引运行时作用在构架上的纵向力、机车通过曲线时作用在构架上的侧向力、牵引电机作用于构架的振动载荷以及工作时的反扭矩或电阻制动反扭矩、齿轮箱工作时的反扭矩、制动力、由于线路及其它原因使构架产生的扭曲力等。
机车转向架载荷的大小和方向根据具体的设计要求和实际情况确定。
本文研究对象的计算载荷值如表1所示。
3计算工况的选取
根据TB／T 2368一1993《内燃、电力机车转向架构架静强度试验方法》，机车转向架构架的计算工况由不同类别的载荷工况组合而成。
总体上分为两大类：组合载荷工况和独立载荷工况。
组合载荷工况主要对各种极限载荷情况进行模拟，考察构架是否有足够的静强度满足这些极限情况；独立载荷工况则用于考核构架的疲劳强度。
3．1 组合载荷工况
1)工况一，垂直静载荷工况。
包括车体垂直静载荷，齿轮箱垂直静载荷。
2)工况二，起动工况。
包括车体、齿轮箱垂直静载荷，纵向起动牵引力，起动牵引反扭矩。
3)工况三，紧急制动工况。
包括车体、齿轮箱垂直静载荷，纵向紧急制动力，安装座紧急制动力。
4)工况四，曲线通过工况。
包括车体、齿轮箱垂直静、动载荷，纵向持续牵引力。
持续牵引反扭矩，横向载荷。
3．2独立裁荷工况
1)工况一，车体垂直静载荷。
2)工况二，齿轮箱垂直静载荷。
3)工况三。
横向载荷。
4)工况四，车体垂直动载荷。
5)工况五，齿轮箱垂直动载荷。
6)工况六，纵向持续牵引力。
7)工况七，持续牵引反扭矩。
8)工况八，纵向常用制动力。
9)工况九，安装座常用制动力。
计算独立载荷工况的目的是校核构架疲劳强度，具体的校核方法：以工况三的一半及工况一、二之和计算平均应力，再分别以工况三的一半及工况四、五、六、七的均方根计算牵引工况的应力幅、以工况三的一半及工况四、五、八、九的均方根计算制动工况的应力幅。
在得到上述平均应力和应力幅后，依据95J01-L《高速试验列车动力车强度及动力学性能规范》的推荐，在我国当前无自己的疲劳极限图的情况下，参考采用0RE B12报告中的Goodman疲劳极限图，对构架强度进行校核。
4 计算结果分析
4．1组合载荷工况的计算结果分析
算例中4种组合载荷工况的最大von Mises应力及其出现的位置见表2。
其中曲线通过工况情况最恶劣，最大von Mises应力为109．0MPa，其应力分布见图2。
表3列出了4种工况下变形的最大值及其出现的区域，其中紧急制动工况下的变形量最大，为O．526 mm。
图3给出了该工况的变形云图。
组合载荷工况是对各种极限载荷情况进行模拟。
考察构架是否有足够的静强度满足要求。
文中构架的材料为16 MnR。
16 MnR的屈服极限σa=225 MPa。
强度极限σb=420 MPa，安全系数取1．65，许用应力[σ]=136．364MPa。
上述强度计算结果中最恶劣工况的最大von Mises应力小于许用应力；最大变形量也满足设计要求，构架结构满足静强度要求。
4．2构架疲劳强度的校核
表4列出了平均应力出现峰值的区域、大小及两种应力幅在该区域的应力取值范围，表5、表6分别列出了牵引工况和制动工况两种应力幅出现峰值的区域、大小及平均应力在这些区域的应力值。
另外表4、表5、表6中还给出了根据Goodman疲劳极限图得到的各平均
应力所对应的应力幅极限值。
由表4、表5、表6可知，文中的机车转向架构架在各应力峰值出现处，牵引工况应力幅和制动工况应力幅的应力幅取值都低于这些区域的平均应力值所对应的应力幅极限，所以由模拟结果也可得到构架满足疲劳强度要求的结果。
5 结论
本文结合实例，详细介绍了用有限元分析软件MSC/PATRAN和MSG/NASTRAN对机车转向架构架强度计算和分析的方法。
对于文中构架，根据计算结果可得到满足静强度和疲劳强度要求的结论。
由此进一步探讨用有限元的理论和相应软件对机车转向架构架强度可靠性予以评价的方法，使计算机模拟的方法在提高转向架构架应用安全可靠性方面进一步普及。
大大降低生产成本。
(。