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動車組作為高速鐵路技術(shù)的核心，在我國成功研發(fā)和運(yùn)營，標(biāo)志著我國已進(jìn)入世界高速鐵路強(qiáng)國行列。動車組轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架中關(guān)鍵部件之一，不但是安裝各種零部件的骨架，且要傳遞垂向力﹑橫向力﹑扭矩載荷等，其疲勞強(qiáng)度直接影響整車的安全性能。因此以CRH3動車轉(zhuǎn)向架為例，依據(jù)TB/T2368－2005《動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗(yàn)方法》規(guī)范，對其靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析，所得結(jié)果為深入了解高速動車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的性能提供了一定參考。
CRH3動車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用焊接結(jié)構(gòu)，材料為S355J2G3WC型合金鋼，其主體在水平面內(nèi)呈H形，其結(jié)構(gòu)如圖所示。構(gòu)架由兩側(cè)梁、橫梁、縱向連接梁等構(gòu)成，側(cè)梁為封閉式的箱形截面，下凹魚腹形箱型梁體，構(gòu)架橫梁采用無縫鋼管型材。
綜合考慮整個(gè)構(gòu)架的計(jì)算量、計(jì)算精度及構(gòu)架結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，選定構(gòu)架的整體作為離散模型。對結(jié)構(gòu)的離散模型采用10節(jié)點(diǎn)四面體單元Solid92進(jìn)行離散，運(yùn)用有限元軟件ANSYS對構(gòu)架整體進(jìn)行有限元分析和計(jì)算。在構(gòu)架的軸箱彈簧安裝座和彈性定位座下加16個(gè)Combine14彈簧單元，彈簧單元的剛度系數(shù)和軸箱彈簧的剛度一致，彈性定位節(jié)點(diǎn)剛度在橫向和縱向分別為5.49MN/m和13.7MN/m，軸箱彈簧垂向剛度為1.244MN/m。網(wǎng)格數(shù)量決定了計(jì)算結(jié)果的精度和規(guī)模，權(quán)衡網(wǎng)格數(shù)量與精確度兩者的關(guān)系，最終離散出的節(jié)點(diǎn)數(shù)為319459，單元數(shù)為163292，離散的有限元模型如圖所示。
根據(jù)TB/T2368-2005《動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗(yàn)方法》中的規(guī)定，對超常載荷工況和模擬運(yùn)營工況進(jìn)行載荷計(jì)算，構(gòu)架受力示意圖如圖所示。
對CRH3動車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架進(jìn)行了靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度校核和模態(tài)分析，所得結(jié)論如下。
(1)超常載荷和模擬運(yùn)營載荷工況下，構(gòu)架最大應(yīng)力值分別為296MPa和225MPa，都出現(xiàn)在側(cè)梁下蓋板與定位臂座連接處，兩種工況下的最大應(yīng)力值均未超出材料的許用應(yīng)力355MPa。因此，CRH3動車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架滿足靜強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求。
(2)根據(jù)模擬運(yùn)營載荷工況靜強(qiáng)度分析的結(jié)果，選取其中6個(gè)考察點(diǎn)對構(gòu)架進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析，除側(cè)梁下蓋板與定位臂座連接處的應(yīng)力幅略超出焊縫疲勞許用應(yīng)力，其它各點(diǎn)均滿足構(gòu)架疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
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