CRH2动车转向架构架疲劳强度分析 (1) 图文.doc

CRH2动车转向架构架疲劳强度分析 (1)_图文第３３卷第１期
．
北京交通大学学报
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文章编号：１６７３－０２９１（２００９｝０１．０００５．０５
ＣＲＨ
ｍｍ，最大轴重
为１６．０ｔ（２００％定员），弹性定位节点刚度在横向
和纵向分别为５．４９ＭＮ／ｍ和１３．７ＭＮ／ｍ，轴箱弹簧垂向刚度为１．２４４
ＭＮ／ｍ．
圈１动车转向架焊接构渠
Ｆｉｇ．１
ｗｅｌｄｅｄｆｒａｍｅ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｏｆｍｏｔｏｒｂｏｇｉｅ
１．２有限元模型
综合考虑整个构架的计算量、计算精度及构架结构的实际情况，选用１０节点二次实体单元Ｓ０１．ｉｄ９２，采用ＨＹＰＥＲＳＭＳＥＨ和ＡＮＳＹＳ软件对构架整体进行有限元离散和计算．网格数量决定了计算结果的精度和规模，权衡网格数量与精确度两者的
关系，最终离散出的节点数为３５６３１０，单元数为
１８０
３０７．离散模型的质量与实际结构质量十分接近，构架有限元离散模型如图２所示．
图２构架有限元模型
Ｆｉｇ．２
Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ
ｍｏｃ“ｏｆ
ｆｒａｍｅ
对于边界条件，采用全约束弹簧单元Ｃｏｒｎ．ｂｉｎｌ４．另外，考虑到牵引电机和制动时电机质心、制动力作用点的位置，采用梁单元Ｂｅａｍｌ８８进行模
拟．单元统计数据如表１所示．
万　
方数据裹１构架模型统计数据
Ｔａｂ．１
Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｄａｔａｏｆｆｒａｍｅｍｏｄａｌ
１．３构架强度评价标准
动车组构架的强度设计，依据日本ＪＩＳ
Ｅ４２０７
标准进行．该标准规定了设计上的通用条件，分为载荷条件、强度设计条件、结构设计条件及刚性设计条件［６］６．其中载荷条件分为静态载荷和动态载荷，强
度设计条件分为应力计算及许用应力．
１．３．１载荷条件
１）静载荷条件．
静载荷条件是指车辆在停止状态下转向架构架
所承载的载荷．主要由一个转向架所承载由车身质量所产生的载荷、一个转向架所承载的由装载质量所产生的载荷、由转向架构架及转向架构架部件的质量所产生的载荷组成．
２）动载荷条件．
动载荷条件是指车辆在运行状态下，转向架构架所承受的载荷，分为静载荷与附加系数的积所表示的载荷以及安装部件的特性所决定的载荷（需要考虑线路条件及车辆的实际振动和预测振动的大小）．表２列出了２００
ｋｍ／ｈ
ＣＲＨ２动车组动车转向
架构架各载荷的大小．其中形＝形１＋形２＋形３，形ｌ为一个转向架所承载的车身质量产生的载荷，
形２为一个转向架所承载的装载质量所产生的载荷
（２００％定员考虑），形３为由转向架构架及构架部件
质量所产生的载荷．
裹２构架计算载荷
Ｔａｂ．２
Ｌｏａｄｓｏｆｆｒａｍｅ
１．３．２强度设计计算条件
１）应力计算．
按照载荷种类计算转向架上加载静载荷及动载荷的应力，并划分为平均应力及应力幅加以合成．平均应力是指按静载荷的种类分别计算出的各应力的

代数和，但具有脉动载荷时的平均应力，应把脉动载
第１期王文静等：ＣＲＨ２动车转向架构架疲劳强度分析
，
荷应力的Ｉ／２加到静载荷产生的应力上，作为静载荷工况下的平均应力．
根据已知载荷条件的１２种工况，分别考虑驱动与制动时的情况，则驱动时的平均应力为
Ｏ＇ｍｌ…半＋掣＋半＋掣
（１）
制动时的平均应力为
８＋Ｃ
Ｄ＋Ｅ
Ｆ＋Ｇ
Ｋ＋Ｌ
口ｍ２
２
Ａ＋—丁＋—丁＋—丁＋—丁
（２）
式中：Ａ为垂直载荷产生的应力；Ｂ、Ｃ为扭转载荷（方向相反）产生的应力；Ｄ、Ｅ为纵向载荷上产生的应力；Ｆ、Ｇ为横向载荷产生的应力；，、Ｊ为齿轮箱载荷产生的应力；Ｋ、Ｌ为制动载荷产生的应力．
应力幅是指动载荷应力的合成数，动应力为动载荷产生的应力，各种工况组合叠加的应力幅为
口。＝√叮｝＋口；＋盯；＋…＋口：
（３）
式中：盯１＇．“，６ｎ为由各动载荷单独计算时的动应力．
对于脉动载荷仃；所产生的应力，则用该应力的
Ｉ／２进行合成，即
矿。＝√盯｛＋叮；＋．．。＋（玎＋．．。＋口：（４）
根据已知载荷条件，分别考虑驱动与制动两种情况，驱动时的应力幅为
仃ｄ＝【（Ａ×ｏ．３）２＋（孚）２＋（孚）２＋（学）２＋（掣）２＋订∽
（５）
制动时应力幅为
啦【（Ａ×ｏ．３）２＋（譬）２＋（半）２＋（学）２＋（孚）２槲】忱
（６）
式中日为牵引电机载荷应力．
２）许用应力．
用于评价构架疲劳强度的许用应力由构架的材料所决定．ＣＲＨ２动车组转向架构架的用材为
ＳＭＡ４９０
ＢＷ焊接结构，为耐候型热轧钢材，其抗拉
强度为４９０ＭＰａ，屈服极限为３５５ＭＰａ，屈服许用应力仃ｏ＝３０５ＭＰａ．母材、修磨焊缝和未修磨焊缝