主車架靜強(qiáng)度仿真及試驗(yàn)

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1、主車架靜強(qiáng)度仿真及試驗(yàn) 主車架靜強(qiáng)度仿真及試驗(yàn) 2014/07/30 《機(jī)械工程與自動(dòng)化雜志》2014年第二期 1主車架結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析 工況①、②主要考察主車架在運(yùn)用狀態(tài)下的應(yīng)力分布，工況③、④、⑤主要考察主車架在修理、起吊狀態(tài)下的應(yīng)力分布。主車架在各工況下的最大應(yīng)力值及出現(xiàn)位置見表２。主車架最大應(yīng)力出現(xiàn)在工況②，由此可以看出：主車架整體縱向力主要通過牽引梁、底架及上懸中梁進(jìn)行傳遞（見圖３），在縱向力從底架向上懸中梁傳遞過程中，車輛前端主要通過立柱進(jìn)行傳遞，后端則通過異

2、形梁和轉(zhuǎn)接梁進(jìn)行傳遞。主車架最大應(yīng)力位于車輛前牽引梁補(bǔ)強(qiáng)板筋板處（見圖４），此位置由于縱向力的傳遞路線發(fā)生變化，故產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象。計(jì)算結(jié)果表明，主車架在各工況下節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力均小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，靜強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。 2主車架靜強(qiáng)度試驗(yàn)工況 2.1垂直載荷試驗(yàn)在已經(jīng)貼好應(yīng)變片的條件下，在車架上均布等同于車架自重的配重，測(cè)得的應(yīng)力即為車架自重載荷下的應(yīng)力。在已經(jīng)貼好應(yīng)變片的條件下，在車架上機(jī)構(gòu)安裝位置鋪設(shè)等同于機(jī)構(gòu)重量的配重，測(cè)得的應(yīng)力即為車架機(jī)構(gòu)載荷下的應(yīng)力。車輛在運(yùn)行過程中還會(huì)受到垂向動(dòng)載荷的作用，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定垂向動(dòng)載荷下的應(yīng)力由垂直靜載荷下的應(yīng)力乘以垂向動(dòng)荷系數(shù)Ｋｄｙ得到。 2.2側(cè)

3、向力試驗(yàn)按照ＴＢ／Ｔ１３３５－１９９６《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，在計(jì)算或試驗(yàn)車體側(cè)梁、枕梁以及側(cè)墻的強(qiáng)度時(shí)，可不施加側(cè)向力而以加大垂向載荷來考慮側(cè)向力的影響。由于標(biāo)準(zhǔn)中并沒有詳細(xì)規(guī)定大型養(yǎng)路機(jī)械的垂向載荷增加數(shù)值，根據(jù)運(yùn)用條件的相似性，參照貨車為垂向靜載荷的１０％來考慮。 2.3縱向拉伸載荷試驗(yàn)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用１１２５ｋＮ的縱向拉伸載荷，該力沿車鉤中心線一端作用于車輛前從板座上，在另一端聯(lián)接叉處施加約束。由于主車架為上懸中梁結(jié)構(gòu)，在拉伸及壓縮載荷加載過程中容易出現(xiàn)較大變形，所以試驗(yàn)加載時(shí)需緩慢加載，并檢測(cè)車架縱向變形及上懸中梁垂向變形。 2.4縱向壓縮載荷試驗(yàn)根據(jù)標(biāo)

4、準(zhǔn)規(guī)定，采用１１８０ｋＮ的縱向壓縮載荷，該力沿車鉤中心線一端作用于車輛后從板座上，在另一端聯(lián)接叉處施加約束。 2.5扭轉(zhuǎn)載荷試驗(yàn)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，心盤支重式結(jié)構(gòu)的車體不考慮斜對(duì)稱載荷，但必須在第一工況中考慮４０ｋＮ／ｍ的扭轉(zhuǎn)載荷［４］。 2.6修理和起吊試驗(yàn)修理工況試驗(yàn)用于模擬修理時(shí)施加于車架上的載荷。在貼好應(yīng)變片的條件下，通過縱向鐵鞋約束車輛縱向移動(dòng)，利用架車機(jī)在一端頂車位架起整備重量下的車架，并在另一端架車位重復(fù)測(cè)試。起吊試驗(yàn)用于模擬維修、吊裝運(yùn)輸及救援時(shí)的情況。將轉(zhuǎn)向架固接在車架上，使用吊車在起吊點(diǎn)將整車吊起，直至轉(zhuǎn)向架脫離鋼軌。 3仿真與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析 3.1仿真與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比該

5、車架在靜強(qiáng)度試驗(yàn)中，應(yīng)變片主要選取車架結(jié)構(gòu)的１／２進(jìn)行布點(diǎn)，重要部位則布置對(duì)稱測(cè)點(diǎn)。車架測(cè)點(diǎn)約為１１０個(gè)，主要布置在上懸中梁、枕梁、側(cè)梁、牽引梁及立柱上。這里主要就縱向壓縮工況的仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，見表３。由表３可以看出，仿真值與試驗(yàn)所測(cè)得的應(yīng)力分布趨勢(shì)相同，且相對(duì)誤差比較小，只有枕梁上相對(duì)誤差較大，但相差數(shù)值仍然在１３ＭＰａ以內(nèi)，其他各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)相對(duì)誤差在１０％以內(nèi)。 3.2誤差分析通過對(duì)以上數(shù)據(jù)及主車架模型的分析，現(xiàn)將可能造成有限元仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果差異的原因總結(jié)如下：（１）建模誤差。有限元模型建立時(shí)，考慮的幾何模型為理想模型，不存在制造誤差。但在實(shí)際制造過程中，加工過程及工藝情況

6、都會(huì)對(duì)主車架有一定的影響［５］。在建模過程中將車架等效為了殼單元，在理論計(jì)算及尺寸處理方面存在一定的誤差。（２）所選節(jié)點(diǎn)與應(yīng)變片位置差異。試驗(yàn)時(shí)貼應(yīng)變片的位置一般選在距離截面突變處或焊縫５ｍｍ～１０ｍｍ處。但在根據(jù)應(yīng)變片位置查找有限元模型相應(yīng)節(jié)點(diǎn)時(shí)，無法做到位置上的完全重合，只能選取位置相近的節(jié)點(diǎn)近似位置，從而導(dǎo)致了仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的差異。（３）加載方式及應(yīng)力合成方式差異。仿真時(shí)，各工況組合載荷是同時(shí)施加在車架有限元模型上進(jìn)行計(jì)算的，應(yīng)力值是按照有限元理論進(jìn)行計(jì)算產(chǎn)生的。試驗(yàn)時(shí)，受試驗(yàn)條件的影響，各工況的載荷是分別施加，測(cè)得單向應(yīng)力，并進(jìn)行線性疊加得到該工況的應(yīng)力值。而實(shí)際情況下，測(cè)得的單向

7、應(yīng)力并不能完全代表該位置應(yīng)力情況，且應(yīng)力值與所施加載荷也不是線性關(guān)系，這也造成了一定的誤差。 4結(jié)論 在模型建立、加載工況及約束條件合理的情況下，除局部受力復(fù)雜點(diǎn)以外，仿真數(shù)據(jù)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差基本能夠保持在１０％以內(nèi)，證明該仿真方法是可行的。考慮到大型養(yǎng)路機(jī)械與普通鐵道車輛的區(qū)別，主要科研及運(yùn)用單位應(yīng)該在綜合其使用條件及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出適合大型養(yǎng)路機(jī)械的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，為今后的設(shè)計(jì)提供參考，以使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)更加合理。 作者：謝耿昌傅茂海聶嶸趙衛(wèi)吳克明單位：西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院昆明中鐵大型養(yǎng)路機(jī)械集團(tuán)有限公司 上一個(gè)文章： 接觸剛度接觸阻尼的算法下一個(gè)文章： 大小孔折流板換熱器分析