ABAQUS时速200km动车转向架轮对结构设计和强度分析
毕业论文关键词： 动车轮对；转向架；有限元分析；结构强度
Structure Design and Finite Element Analysis of 200Km/h Bogie Wheelsets
Abstract：In view of existing states of the increasing of train speed, in this article, though the technical conditions of the wheelsets, using finite element software ABAQUS to analyze the structural strength. Firstly, the structure design of the bogie of the 200Km/h motor vehicle bogie is realized by using the 3D software UG. Then the research on the three kinds of force under the condition of stress with the wheel runs in straight, bend, fork. Finally, the finite element modeling of the wheel is carried out, and research the stress of the wheesets. Through this research, we can train under different working conditions force on the wheel for situation to provide a theoretical basis, but also to be able to provide data on structural design and strength analysis of a reference.
Key Words：EMU wheelsets；bogie；finite element analysis；structure strength
目录
1 绪论 1
1.1 课题的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状与水平 2
1.2.1 轮对设计研究现状 2
1.2.2 有限元技术在轮对中研究现状 2
1.3 本文研究内容 3
1.4 本文技术路线 4
1.5 本文的章节安排 4
2 动车轮对设计 6
2.1 轮对结构设计 6
2.1.1 动车组转向架类型和特点 6
2.2 动车轮对 7
2.2.1 车轮 8
2.2.2 车轴 9
2.2.3 车轴强度校核 9
2.3 本章小结 12
3 ABAQUS有限元软件及轮对有限元建模 13
3.1 ABAQUS功能模块介绍 13
3.2 轮对有限元建模 19
3.3 本章小结 22
4 轮对有限元受力分析 23
4.1 有限元受力模拟分析基础 23
4.1.1 结构动力学基本方程 23
4.1.2 整体有限元方程 23
4.1.3 单元位移模型 23
4.2 有限元接触问题中力学边值问题 24
4.2.1 有限元受力应变和位移关系 24
4.2.2 边界条件问题 24
4.2.3 纵向力力和横向力 24
4.3 有限元受力分析结果 24
4.3.1 车轮有限元受力分析 25
4.3.2 车轴有限元受力分析 26
4.4 本章小结 27
5 总结和展望 28
5.1 总结 28
5.2 展望 28
致谢 31
附录 32
1 绪论
1.1 课题的目的和意义
随着车辆速度的提高，转向架各部件的服役环境不断恶劣，列车运行在200km/h的速度下，动车转向架的结构强度的可靠性将直接影响到列车综合技术性能和行车安全，在对转向架结构的分析过程中，主要是对动车转向架轮对力学性能的研究以及对转向架轮对的有限元受力分析，轮对是列车车辆与钢轨接触的部分，由左右两个车轮与轴通过过盈配合所组成，轮对的主要作用是保证列车车辆能够正常的运行与转向，并承受整车的动静载荷，然后把它传递给钢轨，若将遇到线路不平顺现象，则将载荷传递给机车车辆各部件。此外，轮对还可以作用于列车车辆的牵引与制动。车轮在列车行进过程中与钢轨接触的部分将会受到很大的压力以及冲击力，在接触表面也会产生弹性形变和接触应力；在列车行驶过程中，由于道路不平顺等原因，会导致左右两车轮以不同直径在轨道上滚动，进而产生车轮滑行以及车轮踏面磨损；在列车制动过程中，车轮踏面由于受到因闸瓦制动导致的剧烈磨损，会在接触表面产生高温。正是由于这些原因，要求车轮踏面部分的材料属行必须具有较高的强度、硬度以及冲击韧性，并要具有良好的耐磨性。车轮与车轴上配合的位置主要承受弹性力，车轮辐板或辐条承受压力和弯曲力，这就对车轮材质的韧性提出了很高的要求。因此对于转向架轮对的结构设计就显得尤为重要，只有轮对的材质满足上述要求才能承受住机车车辆的全部动静载荷，才能在列车行驶过程中具有良好的运行安全性。我国铁路行业行车使用的车轮主要有整体轮和轮箍轮两类，整体轮主要是整体辗钢轮，目前整体辗钢轮是铁路上采用最多的车轮，原因是辗钢轮的强度高，重量轻，较好的韧性以及较高的安全可靠性。轮箍轮中的轮箍是通过热套法套在车轮轮心上，若轮箍套装过紧的话，将会导致轮箍的断裂，过松的话，轮箍则容易产生松弛，这些因素都会影响列车运行安全性，也就限制了轮箍轮的适用范围，所以大多数轮箍轮用于机车车轮。
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