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構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的主體，是連接轉(zhuǎn)向架其它部分的骨架，它不僅承受車體上部所有設(shè)備的重量，而且承受和傳遞車輛在運行中產(chǎn)生的各種不同方向和隨機運行中經(jīng)常變化的動作用力。影響高速列車運行安全的是形形色色失效帶來的結(jié)構(gòu)可靠性，機車車輛的主要結(jié)構(gòu)疲勞問題出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上。因此，構(gòu)架必須要具有足夠的強度和剛度，以保證車輛服役時的安全性和可靠性，需要對其進行詳細的有限元分析。
以某型高速動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為研究對象，構(gòu)架的實體模型如圖所示。構(gòu)架采用H型焊接結(jié)構(gòu)，由側(cè)梁、橫梁、縱向連接梁、空氣彈簧支撐梁及其它焊接附件組成。構(gòu)架的主要承載構(gòu)件采用耐候鋼，材料性能參數(shù)如表。通常按照“保證計算精度的前提下，盡可能減小計算規(guī)模”的原則建立有限元模型。對構(gòu)架模型進行離散，建立構(gòu)架的有限元模型，如圖所示，得到490659個節(jié)點，168453個單元。構(gòu)架的主動施力部位添加載荷，在構(gòu)架的被動受力部位添加約束。在構(gòu)架的一系彈簧座處添加固定約束，載荷根據(jù)規(guī)定要求分別添加，包括構(gòu)架上部載荷及各吊座處的懸吊載荷。
作用于構(gòu)架上的載荷主要包括垂向載荷、橫向載荷、扭曲載荷、制動載荷和縱向載荷。按照《暫規(guī)》要求，計算超常工況和模擬運營工況的載荷值。超常載荷是運用中可能發(fā)生的最大載荷，在車輛的使用壽命中出現(xiàn)次數(shù)極少。超常工況下的載荷計算值如表所列。模擬運營載荷是實際運營中經(jīng)常發(fā)生的載荷，出現(xiàn)極為頻繁，它為轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的疲勞分析與疲勞試驗提供了準(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)載荷值。模擬運營工況的載荷計算值如表所列。
超常工況各載荷單獨作用下構(gòu)架的應(yīng)力如圖所示。超常工況下構(gòu)架的最大應(yīng)力為183MPa，位于空氣彈簧座下蓋板與側(cè)梁連接處，小于材料的屈服極限，不會產(chǎn)生永久塑性變形，滿足規(guī)定要求。模擬運營工況1,10,11,12下構(gòu)架的應(yīng)力如圖所示。工況11下，構(gòu)架的最大應(yīng)力為190MPa位置處于空氣彈簧支撐梁下蓋板與側(cè)梁側(cè)板連接處，小于材料的需用應(yīng)力，不會產(chǎn)生塑性變形，滿足要求。
根據(jù)模擬運營工況下構(gòu)架的應(yīng)力云圖，選取應(yīng)力較大位置作為疲勞校核點，校核點的應(yīng)力情況如表所列。利用Goodman-Smith疲勞極限圖對構(gòu)架的四個關(guān)鍵位置進行校核，校核結(jié)果如圖所示，校核點的應(yīng)力全部位于包絡(luò)線內(nèi)部，滿足疲勞強度要求。
以某型動車組構(gòu)架為研究對象，參考《暫規(guī)》標(biāo)準(zhǔn)，對構(gòu)架的強度進行了校核。(1)在超常工況下，構(gòu)架的應(yīng)力小于材料的屈服極限，不會產(chǎn)生永久塑性變形。(2)根據(jù)模擬運營工況下計算的應(yīng)力結(jié)果，對構(gòu)架的關(guān)鍵位置進行了疲勞校核，校核點的應(yīng)力全部位于疲勞極限圖內(nèi)部，滿足疲勞強度要求。
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