基于ABAQUS的鐵路貨車轉向架側架有限元分析

梁昊

摘 要：重載運輸一直是鐵路貨車得以快速發展的主流方向，持續提升鐵路貨車可靠性是必不可少的，三大件式轉向架作為重載貨車的關鍵部件，其可靠性對重載運輸的安全性至關重要，運用模塊化有限元軟件ABAQUS，基于TB/T1959-2006《鐵路貨車搖枕、側架靜載荷及疲勞試驗》的要求，以國內某25t軸重轉向架側架為對象，研究側架的有限元仿真方法，通過與實測數據對比，證實該方法能夠實現對側架在疲勞載荷下的有限元分析。

關鍵詞：側架;有限元;疲勞強度

前言

以國內某25t軸重轉向架側架為分析對象，運用大型模塊化有限元軟件ABAQUS，通過模型導入、建立材料屬性、結構離散、分工況添加約束及載荷、求解計算等關鍵步驟，完成對側架的有限元計算，將計算結果與某主機廠實測數據進行對比研究。

1 ABAQUS有限元軟件

ABAQUS軟件依靠強大的有限元分析能力和完善的CAE集合功能，已經在機械、土木、航空、水利、汽車等工程領域得到專家學者的廣泛認可和運用，其主要特點是集成了包括靜力學、動力學以及多體動力學等結構分析模塊，能夠讓用戶在建模時根據有限元模型和實際情況自由選擇，由于側架結構較復雜，運用工況復合性較強，應用ABAQUS的Load、Constraint模塊能夠較清晰、快速實現側架的有限元分析。

2 模型的導入與離散

運用三維CAD軟件建立的側架模型轉換成STP格式，導入ABAQUS中，作為幾何模型，采用實體四面體單元對側架進行網格劃分，其中單元長度設置為20mm，離散后的模型共劃分出219660個實體單元。

3 邊界條件及載荷工況

依據TB/T1959-2006的規定，疲勞試驗需對側架兩軸箱導框的橫向、縱向、縱向扭轉、垂向扭轉進行約束，僅保留垂向和橫向扭轉2個自由度。

根據側架與軸向中心的相對位置，在ABAQUS中分別設置了2各參考點作為支點，將參考點與導框進行耦合處理，分別設置三個邊界條件，分別為BC-1、BC-2、BC-3，其中BC-1中約束參考點與導框耦合體的U2和UR1，BC-2中約束了兩導框的外立面的U3，BC-3中約束了導框內面的U1，如圖1所示。

根據TB/T1959-2006的要求，側架疲勞工況下受到垂向、橫向和扭轉三種載荷，側架彈簧承載面垂向和軸箱導框橫向建立 M ATRIX27 彈簧單元， 模擬側架受力過程中隨軸箱一起繞輪對的轉動。垂向載荷作用時，側架對稱面上對稱約束， 約束彈簧承載面處彈簧單元的垂向線位移， 垂向載荷作用在搖動臺承載面上。橫向載荷作用時，對稱面上對稱約束，約束導框處彈簧單元的橫向線位移。對疲勞載荷譜進行分解，得到三種載荷單獨和組合加載的靜態工況，如表1。

4 有限元計算結果

25t軸重側架的靜力學仿真結果中，工況1和工況9的應力響應結果較明顯，應力云圖如圖2、3所示。

5 計算結果與試驗數據對比

從應力云圖可以看出，側架的大應力點主要集中在軸向拐角處、彈簧承臺拐角處，將計算結果的最大應力與試驗數據進行比對，如表2所示。

6 結論

通過Abaqus軟件對側架在不同靜載荷加載情況下的應力分布進行了分析，得到其應力較大的特征點應力。同時，通過應變片實際測量不同工況加載時的應力分布。將模擬分析的應力值和有限元分析得到的應力值進行對比分析發現，雖然存在少部分差異較大的點，但側架和搖枕的模型計算的應力值與實際測試得到的應力值大多數吻合較好，模型具有一定可靠性。

參考文獻

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