【文章內(nèi)容簡介】 ，保證任意?個板殼單元的頂點同時也是其相鄰單元的頂點：盡可能的使單元形狀規(guī)則，避免單元的某個邊過長或者過短以及某個內(nèi)角太大或者太小；某些部位允許其退化為三角形單元；某些通過焊接的方法連接到一起的兩個零部件的重合部位的網(wǎng)格節(jié)點和單元應(yīng)重合。(3)對于一些很小的或者不重要的螺栓孔、鉚接孔和過渡圓角，在建模的時候進行可進行簡化處理。(4)為了提高計算的精度，建模時根據(jù)電動架車機機架結(jié)構(gòu)特點和載荷分布特點，在可能產(chǎn)生應(yīng)力集中或者應(yīng)力急劇變化的部位網(wǎng)格劃分比其它部分細密，由細到粗應(yīng)逐步過渡，不應(yīng)有網(wǎng)格尺寸上的突變。在建立機架三維幾何模型時，基于計算機計算能力的考慮，大都將機架各個零件考慮成?個整體進行建模，這樣建模可以有效的減小計算機的計算時間，但是卻不能真實的反映機架上應(yīng)力集中的位置以及應(yīng)力分布的情況。目前由于計算機計算能力的大幅提高，同時為了方便的建立復雜的機架整體模型且便于對結(jié)構(gòu)進行修改，本文在建立機架三維幾何模型時是以機架各部件的模型為基礎(chǔ)，即機架整體模型由各部件模型粘結(jié)而成。雖然ANSYS軟件提供了三維幾何建模工具，然而對于一些較復雜的部件，利用ANSYS建模時仍非常困難。故本文先利用Pro／E進行建模，然后再調(diào)入有限元前后處理軟件ANSYS中。下圖為25T電動架車機機架的簡化模型圖，機架各部分結(jié)構(gòu)尺寸B=1060mm,L=1350mm,H=4074mm,立柱直徑D1=25mm,D2=20mm,托頭截面為450mm*150mm。3．2．3車架有限元網(wǎng)格劃分。對各立柱采用邊長為50mm的四面體單元(Solid)進行劃分；對于上橫梁和底板采用邊長30mm的四面體單元(Solid)進行劃分，對于托頭采用25mm的四面體單元(Solid)進行劃分。機架的有限元網(wǎng)格如圖：在進行網(wǎng)格劃分的時候，為了使得相鄰曲面劃分的網(wǎng)格能夠相互協(xié)調(diào)，有必要在進行網(wǎng)格劃分之前對曲面網(wǎng)格劃分進行一些人為的控制。第一種方法是在建立曲面幾何模型的時，就應(yīng)使幾何曲面協(xié)調(diào)。即兩幾何曲面間有相同一致的邊。當幾何曲面間協(xié)調(diào)一致，在自動網(wǎng)格劃分時，交界處網(wǎng)格自動一致。采用這種方法，如果遇到幾何曲面不協(xié)調(diào)情況，可以利用命令Edit／surface／edge match把縫隙消除，或者是用命令create／surface／trimmed建立新幾何用以消除縫隙。第二種方法是在網(wǎng)格正式劃分以前，在曲面上設(shè)置硬點或者是硬線，硬點或者硬線的作用就是在網(wǎng)格劃分的時候必須在這個硬點所在的位置生成一個節(jié)點，或者是在硬線上生成一系列的節(jié)點?？梢詫⒂颤c或硬線設(shè)置在幾何模型上要求協(xié)調(diào)的部分，這樣也可以生成協(xié)調(diào)的網(wǎng)格。這種方法可以用來處理曲面和實體之間的協(xié)調(diào)問題。對于劃分好的結(jié)構(gòu)有限元模型，還要進行重節(jié)點和網(wǎng)格的質(zhì)量檢查。所謂的重節(jié)點是當相鄰的幾何結(jié)構(gòu)相互協(xié)調(diào)時，則在劃分網(wǎng)格以后，兩個幾何結(jié)構(gòu)在邊界處都會有節(jié)點，并且這些節(jié)點是重合的。如果不消除這些重節(jié)點，就相當于這兩個幾何部分之間是分開的，不是連接在一起的掩體，而會使得以后的計算出現(xiàn)錯誤。劃分出來的網(wǎng)格質(zhì)量對于以后計算的精確程度、甚至對能否順利計算都有至關(guān)重要的關(guān)系。因此，劃分完網(wǎng)格以后一定對網(wǎng)格質(zhì)量進行檢查，如衡量四邊形板殼單元網(wǎng)格質(zhì)量的值包括：單元的形狀，四結(jié)點不共面程度，相鄰邊間夾角，單元的錐度等。若單元網(wǎng)格劃分質(zhì)量不好，則必須對其進行必要的修改，使得單元質(zhì)量符合要求，這樣才能得到可信的計算結(jié)果。3．3邊界條件的建立邊界條件對于計算結(jié)果有很大影響，選定正確的邊界條件是非常重要的。電動架車架車過程中，機架是通過托頭把貨車架起來。為了得到電動架車機機架在實際使用過程中的真實應(yīng)力分布狀況，要考慮各部分的變形情況。在建立機架有限元分析模型的邊界條件時，應(yīng)從架車的不同高度和強度進行分析，對機架施加Y方向的位移約束。3．4本章小結(jié)(1)介紹了半掛電動架車機的結(jié)構(gòu)特點，建立了機架的幾何模型。(2)討論了電動架車機機架有限元強度分析模型建立的過程，包括單元的選取、網(wǎng)格的劃分、網(wǎng)格的檢查、裝配關(guān)系的正確模擬和邊界條件的確定。為電動架車機機架有限元強度與穩(wěn)定性分析做好準備。第四章電動架車機機架有限元強度和剛度分析4．1引言電動架車機的機架要承擔所托貨車的質(zhì)量。因此，其強度不僅關(guān)系到整車能否正常架起貨車，而且還關(guān)系到整車的安全性。本文采用ANSYS為前、后處理、有限元計算軟件，對25T電動架車機機架靜態(tài)強度進行了分析計算，并對該半掛牽引車車架的改進提供了參考依據(jù)。4．2機架材料特性25T電動架車機機架的橫梁和底板的材料是20鋼材料的物理性能為：彈性模量E=206000N／mm2，泊松比為O．3；材料的機械性能為：最小屈服強度360MPa，最小抗拉強度510MPa，最大抗拉強度610MPa,立柱采用的是10TiL，材料的物理性能為：彈性模量E=210000N／mm2，泊松比為O，3：材料的機械性能為：最小屈服強度是360MPa，最小抗拉強度是510MPa，最大抗拉強度是630MPa。貨車作用于電動架車機的托頭上，通過機架各部分的連接，使力主要作用在整個機架上四臺架車機同時工作，架車高度在820毫米至2770毫米，額定起重量為25t，作用在托頭上的壓強為5555kpa,架車的高度不同時，機架的受力情況會有所變化4．4約束條件的確定一般來說，與其他載荷類型不同，自由度約束并不扮演激勵源的角色。也就是說，它只作為分析所需要的重要參量，是有限元分析所計算的量，盡管自由度約束通常不作為激勵源出現(xiàn)，在大多數(shù)分析中，無論分析類型如何，都需要施加相應(yīng)的自由度約束，并且自由度約束一般作為邊界條件加載在模型上，由于底板是不動的，所以對底板施加Ｙ方向上的位移約束。機架約束及加載情況4．5．1電動架車機機架應(yīng)力分析 機架各部分均處于三向應(yīng)力狀態(tài)，塑性材料在三向應(yīng)力狀態(tài)下，變形受到限制，造成有利于脆性破壞的條件，應(yīng)采取最大拉應(yīng)力 作為計算應(yīng)力。根據(jù)強度理論，從靜強度或疲勞強度考慮，其三維等效應(yīng)力為： = 式中 ， ， ——x，y，z 方向的正應(yīng)力： ， ——xy, yz, xz 平面的剪應(yīng)力： ， ，——該點的三個主應(yīng)力。有限元模型建立后，根據(jù)最大載荷進行有限元計算，得出了具體的應(yīng)力與變形值。 第一主應(yīng)力分布規(guī)律見下圖，機架第一主應(yīng)力主要為拉應(yīng)力，拉應(yīng)力0；壓應(yīng)力0；最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在托頭部位，在低架位時最大壓應(yīng)力為212Mpa,在高架位時最大壓應(yīng)力為154Mpa,第一主應(yīng)力的分布規(guī)律如下：機架第一主應(yīng)力圖 立柱第一主應(yīng)力變化趨勢為托頭上部分主要受拉應(yīng)力作用托頭下部分主要受壓應(yīng)力作用，分布比較均勻，變化不大，上下底板主要受壓應(yīng)力，,托頭架主要受拉應(yīng)力作用，應(yīng)力值比較大，應(yīng)力較集中,除去托頭應(yīng)力集中部位外，其他部位的第一主應(yīng)力值均不大，應(yīng)力值小于許用值。機架上第三主應(yīng)力大部分為壓應(yīng)力，即0，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在托頭和立柱相作用部位，低架位時最大壓應(yīng)力值為210Mpa,高架位時最大壓應(yīng)力值為131Mpa,應(yīng)力值分布較均勻，應(yīng)力值小于許用值 機架第三主應(yīng)力圖下圖為機架的等效應(yīng)力圖，低架位時機架等效應(yīng)力的最大值為202Mpa,小于機架第一主應(yīng)力的最大值212 Mpa，高架位時機架等效應(yīng)力的最大值為135Mpa，也小于機架第一主應(yīng)力的最大值154Mpa,所以應(yīng)該用低架位第一主應(yīng)力作為機架強度校核的應(yīng)力，采用第一主應(yīng)力強度理論進行計算。其分布規(guī)律如下：機架等效應(yīng)力圖 如下圖分別是機架變形圖，X方向，Y方向，Z方向和機架的總位移圖。從這幾幅圖中可以清楚地看出機架的變形規(guī)律： 機架的位移變形主要發(fā)生在水平x方向和垂直的y方向,而z方向的變形比較小，基本上不變形。在工作過程中，影響機架剛度的變形主要是機架沿壓下方向的位移，即Y方向的位移。 從機架的整體變形看，在載荷力的作用下，機架窗口高度方向即y方向的尺寸減小了，而同時立柱彎曲使機架窗口寬度即x方向的尺寸增大。機架總變形圖機架X方向變形圖機架Y方向變形圖機架Z方向變形圖機架總位移圖低架位時：由Y方向的位移變形圖可知機架Y方向的最大位移為 （）=由X方向的位移變形圖可知機架X方向的最大位移為 （）=由Z方向的位移變形圖可知機架Z方向的最大位移為 （）=. 機架的整體剛度為 C=== 式中 P—機架所受的壓力； —機架Y方向位移。高架位時：由Y方向的位移變形圖可知機架Y方向的最大位移為 （）=由X方向的位移變形圖可知機架X方向的最大位移為 （）=由Z方向的位移變形圖可知機架Z方向的最大位移為 ()=. 機架的整體剛度為 C== = 式中 P—機架所受的壓力； —機架Y方向位移。 通過本章計算與分析得出以下幾點結(jié)論： （1）25T電動架車機機架在低架位時應(yīng)力值較大，最大應(yīng)力出現(xiàn)在托頭部位，最大值為212Mpa,立柱和上下板的應(yīng)力分布比較均勻，和托頭相連的兩根立柱受力比另外兩根大，在設(shè)計中應(yīng)加大托頭的強度。 （2）機架的變形情況主要為X方向和Y方向，,，,。 （3）。第五章全文總結(jié)伴隨著計算機技術(shù)的進步，目前國內(nèi)外先進的機械產(chǎn)品設(shè)計制造都離不開有限元分析（Finite Element Analysis,FEA）計算，在工程設(shè)計和分析中受到越開越廣泛的重視，其計算結(jié)果不僅詳細，而且更具可靠性。采用有限元分析的方法進行機械產(chǎn)品的設(shè)計計算將會極大地提高設(shè)計效率、保證其設(shè)計質(zhì)量。設(shè)計者只需要借助通用有限元軟件建立模型并進行仿真分析，就能真實的反映機械產(chǎn)品的尺寸外形特征和工作過程，并進行各種類型的力學分析，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，從而有效的縮短研發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能更加合理。電動架車機機架系統(tǒng)的設(shè)計為整機設(shè)計中關(guān)鍵的一環(huán)，隨著鐵路事業(yè)的發(fā)展對電力機車檢修設(shè)備也提出更高要求，在架車過程中要求架車機有高的強度與穩(wěn)定性，在現(xiàn)代計算機技術(shù)日益發(fā)展的今天，機架的設(shè)計也越來越趨向于借助有限元分析軟件的強大計算功能，但是由于機架結(jié)構(gòu)的復雜性，建模工作異常繁瑣，本文針對以上問題，對機架有限元模型進行了簡化，在此基礎(chǔ)上對機架的強度與穩(wěn)定性進行了分析。根據(jù)分析結(jié)果，機架的靜強度和穩(wěn)定性均符合實際情況。參考文獻[1] 楊金川，李瑞強，羅銀生 [J].鐵道車輛 2006.(03). 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