转向架构架技术设计强度计算分析
地铁车转向架构架的疲劳强度分析教学文案
地铁车转向架构架的疲劳强度分析地铁车转向架构架的疲劳强度分析本文利用HyperMesh建立构架的有限元模型，参照UIC615-4标准对构架加载主要运营载荷，用RADIOSS求解各工况下的应力，并计算出关键点的应力幅和平均应力。
然后用HyperGraph软件绘制材料的Goodman疲劳极限图和关键点的平均应力和应力幅的关系，根据Goodman图完成了构架的疲劳强度分析，得出构架的疲劳强度合格的结论。
1 引言转向架是地铁车辆的重要部件之一，它直接承载车体重量，保证车辆顺利通过曲线。
同时，转向架的各种参数也直接决定了车辆的稳定性和车辆的乘坐舒适性。
构架作为转向架其余零部件的安装基础，不仅要将车体重量和运行中的振动载荷传递到轮对，还要承受连接在其上的牵引、制动与悬挂系统部件所产生的各向载荷。
由于构架有如此复杂的受力状态，因此，有必要在转向架的设计阶段对构架的疲劳强度进行评估。
本文以地铁车转向架的构架为研究对象，利用Altair公司的HyperMesh软件建立构架的有限元模型，并利用RADIOSS求解器软件求解构架在几种典型的工况下的应力，计算出关键点的应力幅和平均应力，根据材料的Goodman图，完成了构架的疲劳分析。
2 构架的有限元模型转向架构架为全封闭焊接结构，主要由2个侧梁和2个横梁组成，构架侧梁整体呈U形的箱型焊接结构，构架两端的下侧设有橡胶弹簧安装座，中央上部设有空气弹簧安装座。
构架的横梁也采用封闭的箱型焊接结构，横梁的外侧斜对称位置设置电机吊座和齿轮箱吊座，下侧的斜对称位置设有牵引拉杆座，两个横梁之间设有横向止档座。
横梁和测量内部还设有多块筋板，以加强构架的强度。
利用HyperMesh软件建立的构架的有限元模型如图1所示，有限元建模过程中按照构架的实际结构进行离散，除电机吊座和齿轮箱吊座用实体单元外，其余结构全部用板单元离散。
考虑电机惯性对构架强度的影响，在电机质心处建立一个节点，用刚性单元将该节点与电机吊座连接。
转向架构架疲劳计算方法的分析
转向架构架疲劳计算方法分析1112A.Cera ,G.Mancini ,V.Leonardi ,L.BertiniTrenitalia S.p.A, Florence,1Italy ; Pisa University - Mech. Engng. Dept., Pisa,2Italy摘要本文主要进行了转向架构架强度评定的关键分析，尤其着重于焊接节点。
特别分析了针对不同焊接节点的疲劳分析技术。
疲劳分析技术中包含的两种方法（疲劳极限和Goodman 曲线）是由欧洲标准EN 13749提出的。
通过分析，我们可以知晓方法的准确性和可行性，从而选择最合适的转向架构架分析方法。
通过成熟的商业有限元软件（ANSYS ）,我们可以对挑选的标准的可靠性和安全性进行严格地比较。
本文研究调查了疲劳分析方法，关注了其中有限元方法的使用。
一、引言欧洲标准EN 13749，作为欧洲标准化进程的产物，于2005年4月由欧洲标准委员会CEN 提出。
规范制定的目的在于定义完整的转向架设计过程。
其中包括设计步骤、评定方法、验证以及加工质量要求。
EN 13749编撰了静态和疲劳下载荷的假设和计算。
同时标准也定义了转向架构架静态和疲劳阻抗的测试方法。
在转向架的章节中，标准针对疲劳预测特别定义了一系列的载荷工况和作用在构架上的不同类型的力。
随着新的数值计算方法的发展（有限元方法），疲劳完整性评估已经发展到较高的水平，尤其是在精确度和细节仿真方面。
即使在近期有了更新，标准仍未解决和定义某些重要部分。
仍需要研究的问题主要有两点。
首先缺少用于焊接节点的有限元仿真和疲劳评定方法。
其次尚未定义多轴应力状态下（特别在铁路应用）疲劳强度评估的标准计算方法。
由于上述未解决的问题，同样的转向架设计用不同的疲劳分析方法可能得到不一样的结果。
从2006年起，意大利铁路（意大利国有铁路运营商）的工程部门和比萨大学机械工程部展开了关于转向架疲劳行为的公共研究项目。
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。
地铁车转向架构架的强度计算与评定
转 向架是 地铁 车 的重要 部件 之 一 ， ： 承载 它 直接 车体质 量 ，保 证 车 辆 顺 利 通 过 曲线 。转 向架 的各 种 参数 直 接决定 了车辆 运行 的平 稳性 、 曲线 通 过安 全 性 和乘 坐舒 适 性 。焊 接 构 架 作 为转 向架 其 余 零 部 件 的安装 基础 ， 仅要 将 车体质 量 和运行 中的振 不 动载荷 传递 到 轮 对 ， 要 承 受 连接 在 其 上 的牵 引 、 还 制动 与悬挂 系 统 部 件 所产 生 的各 向载 荷 。 由 于其 受 力状 态 复杂 ， 多年 来部 分铁 道 车辆 和城 市轨 道交 通 车辆 转 向架焊 接 构 架 曾在 使 用 期 内 出现 疲 劳 破
作者简介 ： 冯大建 （９ ５ ， ， １ ８ 一）男 河南信 阳人 ， 同济大学硕士研究生 ， 主要研究方向为机车车辆转 向架 的结构设计。
２ １ 年 １ 中国制造业信息化 第 ４ 卷 ０２ 月 １
表 １ 构 架运 营静载荷计算参数
参数 转向架数量 Ｔ ／ ／ 个 ｈ 每 台转 向架轮对数量 ／ 爪 车体质量 ｍ ｋ （ Ｗｏ ／ｇ Ａ 工况 ）
建立 构 架 的 有 限 元 模 型 如 图 １所 示 ， 离 散 出 共 ２ ５个 节点 、３５３个 单元 ， 中实体单 元 ５１６ ４４ ４ ２ ５ 其 ３
个、 板单 元 １ １ 。 ８４ ７个
１ 构 架 的 有 限元模 型
转 向架 构架 为全 封 闭焊接 结构 ， 主要 由 ２个 侧
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。
内然动车组宽轨转向架构架强度分析
内然动车组宽轨转向架构架强度分析摘要：介绍了某出口内燃动车组宽轨转向架构架的结构特点，运用有限元分析方法，依据依据标准UIC615-4对构架进行了静强度和疲劳强度评估。
分析结果表明：构架各关键点等效应力小于材料的许用应力，满足静强度和疲劳强度要求。
关键词：宽轨转向架；构架；有限元；静强度和疲劳强度评估转向架是轨道车辆中的最重要的承载结构之一，担负着支撑车体、运行、转向等功能，它决定着客车的运行品质和行车安全[1]。
而构架作为转向架关键部件之一，既是转向架其它零部件的安装基础，同时承受、传递轨道车辆运行中各种作用力和载荷，因此，转向架构架的可靠性对车辆的性能和安全性有重大影响。
本文以某出口内燃动车组宽轨转向架构架为研究对象，依据标准UIC615-4对构架进行静强度和疲劳强度分析，通过分析找出构架的薄弱环节，为后续优化提供理论依据。
1构架结构及有限元模型内燃动车组宽轨转向架构架设计采用H形焊接结构，由两根侧梁、两根横梁，两根纵向辅助梁连接而成。
构架各梁体内部布置了一定数量的筋板，以增强构架的抗扭转刚度。
其中侧梁为下凹鱼腹型箱体结构，采用钢板焊接而成，同时侧梁还焊接有转臂定位座和制动吊座，侧梁钢板采用腐蚀性能好的S355J2W（H）材料，转臂定位座，制动吊座采用Q345D材质。
横梁采用无缝钢管型材，贯通并延伸出两侧梁之外，避免横梁端面与侧梁外侧平齐而易引起焊接缺陷。
两横梁钢管间设计两根纵向辅助梁。
横梁钢管上焊接电机吊座，牵引拉杆座，垂向止挡座等，材料均采用Q345D材质。
综合考虑构架的实际运用情况，选定构架整体做为离散模型。
构架的有限元模型采用Hypermesh进行网格划分，单元边长约为10mm，单元类型采用Solid185和shell181。
轴和转臂用beam188单元替代，一系钢簧和转臂节点用对应刚度的combin14单元替代。
构架共划分单元250270，节点数为150992。
考虑到构架支撑在轴箱弹簧支座上的特点，在每个支撑面上建立弹簧边界单元，弹簧边界单元的刚度为一系悬挂对应的刚度。
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。
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。
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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(4
1
−=
g m F d z 10
7'
=)5.0(5.0g m F F b z y •+=)
1210(0.2max g m F c y +='z F d m
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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 •=3KN
F 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 ======
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对于横向载荷，按节点载荷作用于相应的位置。
3. 构架静强度及疲劳强度的评定
对于载荷工况10，各点均不得大于材料的屈服强度极限。
对于载荷工况11，各点应力均不得大于材料的强度极限。
对于载荷工况1～9，构架上各点确定应力 ~ ，取其最小值 和最大值 ，按下式计算平均应力和应力幅值：
所有点的应力都按疲劳极限线图评定。
构架采用16Mn 材质，该材料的极限强度取580Mpa，屈服极限为350Mpa.
4. 各工况下的计算结果
计算结果的应力值取Von miss 等效应力，各工况下的最大应力、次大应力及其相应位置见表二，坐标参见图1。
对于各种工况，较大应力区主要分布在两根横梁与侧梁交接处的上下盖板与筋板上。
等效应力分布的应力等值线如图3～12所示。
对于工况1～9，选择部分主要点以评估构架的疲劳强度，其等效应力值见表三。
将表三中的 、 与疲劳极限曲线比较可知，表中的点皆满足疲劳强度的要求。
5. 结论
对于工况1～10，安全系数取2时，其应力值皆小于容许应力值。
构架的静强度满
足要求。
对于工况11，其最大应力值小于强度极限值。
构架满足冲击强度要求。
对于工况1～9的疲劳评定，将表三中的 , 与疲劳极限曲线比较可知，
表中的点皆满足疲劳强度的要求。
2,2min
max min
max σσσσσσ−=
Δ+=
m m σσΔσΔm σ1σ9σmin σmax σ
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图1 构架结构示意图
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图 2
表三 各工况下的主要点的应力值 (Mpa)
2006年用户年会论文以下为图3～12
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