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原文传递外转39型转向架制动梁疲劳强度分析及优化设计

论文题名：	外转39型转向架制动梁疲劳强度分析及优化设计
关键词：	制动梁;有限元分析;疲劳强度;结构优化;铁道货车
摘要：	外转39型转向架制动梁是根据阿根廷独的米轨而研制的出口制动梁之一。这种制动梁与中国货车通用的组合式弓型制动梁差异很大。外转39型转向架制动梁，为焊接式T型制动梁，主要由闸瓦托、制动梁架、支柱组成。外转39型转向架采用轮盘制动和闸瓦制动组合制动。　　根据TB/T1978-2007《铁道货车组合式制动梁》中相关规定，确定了三种工况下的试验载荷，依次进行了挠度载荷试验、永久变形试验以及安全系数试验。经试验该制动梁满足要求。有限元法是用较为简单的问题代替复杂问题后求解，基本思路可以归结为“化整为零、积零为整”。在数值模拟研究过程中，建立了制动梁的整体几何模型和1/2有限元模型。通过大型通用有限元分析软件ANSYS Workbench对该制动梁进行了三种工况下的刚度分析。得出各种工况下，制动梁的各个变形均小于许用值，该有限元模型建模正确且结构设计满足要求。　　本文也采用修正的Goodman-Smith疲劳极限图对制动梁进行疲劳强度评定。在制动梁强度相对薄弱的位置，选择一定数量具有代表性节点作为疲劳校核节点，对制动梁进行疲劳强度校核。制动梁作为铁路车辆传递制动力的重要零部件之一，对列车的制动起着重要的作用。经过一段时间的运用，制动梁反复承受制动力，在疲劳载荷的作用下可能会出现裂纹，产生裂损故障。因此，对制动梁进行疲劳寿命估算十分必要。本文采用Brown-Miller模型，用Morrow公式进行平均应力修正对轴箱体进行疲劳寿命预测分析。通过Goodman-Smith疲劳极限图对制动梁承载关键部位进行疲劳强度校核，由校核结果可知，制动梁满足疲劳强度要求。利用Fe-Safe软件对制动梁进行多轴疲劳寿命预测分析。由制动梁疲劳寿命分析结果可知，制动梁疲劳寿命为4.046×106次，大于标准规定的106次。对制动梁进行疲劳加载试验，试验中的两个制动梁在达到相应的载荷次数时，均已达到标准评定要求的加载次数106次，没有出现肉眼可见的裂纹或断裂，与寿命估算结果一致。　　结构优化通俗地讲就是在满足一定的约束条件下，通过改变结构的设计参数，提高结构性能并实现节约原材料及设计成本的目的。首先，将被优化结构分为设计区域和非设计区域两部分。然后，通过建立有限元模型进行优化计算，利用不同算法逐步优化设计区域的材料分布形式，最终获得最佳材料布局，完成结构拓扑优化设计。车辆零部件进行模态分析的目的在于避免结构的固有振动特性与车辆运行过程中的振动频率相重合造成的共振破坏。制动梁优化前后的模态分析目的是获得原模型的固有振动频率以及振型。再通过计算优化后制动梁的固有振动频率以及振型，对比优化前后的模态区别，探究优化结构对制动梁固有振动特性的影响。
作者：	唯谊
专业：	车辆工程
导师：	商跃进
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文