CRH1A型動車組受電弓風動翼片（大）有限元分析

唐瑜

摘 要 本文基于CATIA軟件平臺對CRH1A型動車組受電弓風動翼片（大）進行三維建模及有限元分析，結果得到風動翼片的網絡圖、應力分布圖及位移分布圖，力求尋找風動翼片的最大應力點、最大形變點位置。

關鍵詞 CRH1動車組；風動翼片；三維建模；有限元分析

中圖分類號 U2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）163-0211-02

風動翼片作為受電弓的空氣動力調節工具，在各型動車組中均由使用，是我國動車組受電弓不可或缺的備件。針對風動翼片的有限元分析可以為風動翼片常見裂損位置提供理論證明。

CATIA作為集CAD/CAE/CAM一體化的集成軟件，除具有強大的三維實體造型功能，還能直觀反映零件和組件的形狀、裝配關系。同時具有工程分析計算、數控加工等功能。本文以CATIA軟件作為三維設計平臺對CRH1A型動車組風動翼片做靜態有限元分析。

1 風動翼片簡介

CRH1A型動車組受電弓為DSA-250型單臂受電弓，其風動翼片作為受電弓空氣調節工具在動車組高速運行中具有穩定受電弓弓網接觸狀態的作用。DSA-250型受電弓共有4塊風動翼片，分別布置在左右弓架兩側，前后按照大小區分。

2 風動翼片實體建模

2.1 草圖設計

2.1.1 主要參數

本文根據風動翼片（大）的真實測量尺寸進行1：1比例建模，它的主要參數為：平均厚度2mm，安裝平面長度50mm、寬度36mm，風動承載面長度60mm，寬度64mm。

2.1.2 草圖設計

按照風動翼片橫截面的1/2進行草圖設計。

2.2 三維建模

風動翼片承載部分（大）三維設計。

1）使用CATIA軟件的“拉伸”命令對風動翼片（大）的承載部分進行三維建模；

2）根據實際測量，承載部分與安裝部分的夾角大致為15°，所以使用“凹槽”命令剪切出承載部分與安裝部分的結合面，為以后安裝部分的“拉伸”命令做了準備；

3）使用“邊界”命令在結合面上畫出安裝部分的輪廓，然后對輪廓使用“拉伸”命令建立安裝部分模型；

4）使用“凹槽”命令在上步完成的三維建模中勾勒出風動翼片的最終1/2模型；

5）使用“鏡像”命令完成了風動翼片的最后成型（圖1）。

3 風動翼片載荷計算

本文假設受電弓風動翼片（大）所受阻力為F，由于CATIA三位設計的三維坐標是以風動翼片的承載面作為X平面，垂向方向為Y平面，因此特將F按照15°角分解為F1和F0（圖2）。

由圖3可以得出

本文假定F=1000N，則F1=991.45N，F0=130.46N。

4 風動翼片有限元分析

4.1 施加約束

本文假定風動翼片與固定螺栓之間的接觸面為相對靜止曲面，故在該曲面上施加“夾緊約束”。

4.2 施加載荷

根據公式1和2，將F1和F0施加在風動翼片（大）承載面上，經過換算矢量X方向ON、Y方向-991.45N、Z方向-130.46N。

4.3 網格劃分

使用軟件網格劃分控件將風動翼片按照每個單元0.35mm進行劃分，節點數212？376個、單元總數53？396個。

4.4 有限元計算

4.4.1 應力分析

使用CATIA軟件自帶有限元分析控件進行有限元分析，得到風動翼片的最大應力點是風動翼片和螺栓之間的接觸點。

4.4.2 位移分析

使用CATIA軟件的“位移分析”命令得到風動翼片的單元位移情況（圖3），由圖3可以得出，最大位移點為風動翼片的端點，其次就是承載部分和安裝部分的連接處。

5 改進建議

5.1 風動翼片結構優化建議

進過分析得出最大應力點在螺栓安裝處，因此需要將風動翼片整體加厚，便于沖壓加工時一體成型；其次在風動翼片L型拐角處加裝加強筋，使承載面受力向其他部位輻射，減少安裝處應力。

5.2 維護建議

CRH1A型動車組的一級修周期為48小時/次或4000千米/次，動車組運用所應將風動翼片固定處檢查納入一級修作業指導書，并作出風險提示，其次結合季節性整修，對風動翼片進行專項檢查，提前發現問題批量更換。

6 結論

本文結合CATIA有限元設計對論對下受力分析進行了簡單分析，得出最大應力點在安裝螺栓接觸面附近。本次有限元分析較為簡單，可以在以后的有限元分析中詳細劃分約束，詳細規劃工況及載荷，進一步提高有限元分析的實效性。

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