基于ABAQUS的铁路货车转向架侧架有限元分析

梁昊

摘 要：重载运输一直是铁路货车得以快速发展的主流方向，持续提升铁路货车可靠性是必不可少的，三大件式转向架作为重载货车的关键部件，其可靠性对重载运输的安全性至关重要，运用模块化有限元软件ABAQUS，基于TB/T1959-2006《铁路货车摇枕、侧架静载荷及疲劳试验》的要求，以国内某25t轴重转向架侧架为对象，研究侧架的有限元仿真方法，通过与实测数据对比，证实该方法能够实现对侧架在疲劳载荷下的有限元分析。

关键词：侧架;有限元;疲劳强度

前言

以国内某25t轴重转向架侧架为分析对象，运用大型模块化有限元软件ABAQUS，通过模型导入、建立材料属性、结构离散、分工况添加约束及载荷、求解计算等关键步骤，完成对侧架的有限元计算，将计算结果与某主机厂实测数据进行对比研究。

1 ABAQUS有限元软件

ABAQUS软件依靠强大的有限元分析能力和完善的CAE集合功能，已经在机械、土木、航空、水利、汽车等工程领域得到专家学者的广泛认可和运用，其主要特点是集成了包括静力学、动力学以及多体动力学等结构分析模块，能够让用户在建模时根据有限元模型和实际情况自由选择，由于侧架结构较复杂，运用工况复合性较强，应用ABAQUS的Load、Constraint模块能够较清晰、快速实现侧架的有限元分析。

2 模型的导入与离散

运用三维CAD软件建立的侧架模型转换成STP格式，导入ABAQUS中，作为几何模型，采用实体四面体单元对侧架进行网格划分，其中单元长度设置为20mm，离散后的模型共划分出219660个实体单元。

3 边界条件及载荷工况

依据TB/T1959-2006的规定，疲劳试验需对侧架两轴箱导框的横向、纵向、纵向扭转、垂向扭转进行约束，仅保留垂向和横向扭转2个自由度。

根据侧架与轴向中心的相对位置，在ABAQUS中分別设置了2各参考点作为支点，将参考点与导框进行耦合处理，分别设置三个边界条件，分别为BC-1、BC-2、BC-3，其中BC-1中约束参考点与导框耦合体的U2和UR1，BC-2中约束了两导框的外立面的U3，BC-3中约束了导框内面的U1，如图1所示。

根据TB/T1959-2006的要求，侧架疲劳工况下受到垂向、横向和扭转三种载荷，侧架弹簧承载面垂向和轴箱导框横向建立 M ATRIX27 弹簧单元， 模拟侧架受力过程中随轴箱一起绕轮对的转动。垂向载荷作用时，侧架对称面上对称约束， 约束弹簧承载面处弹簧单元的垂向线位移， 垂向载荷作用在摇动台承载面上。横向载荷作用时，对称面上对称约束，约束导框处弹簧单元的横向线位移。对疲劳载荷谱进行分解，得到三种载荷单独和组合加载的静态工况，如表1。

4 有限元计算结果

25t轴重侧架的静力学仿真结果中，工况1和工况9的应力响应结果较明显，应力云图如图2、3所示。

5 计算结果与试验数据对比

从应力云图可以看出，侧架的大应力点主要集中在轴向拐角处、弹簧承台拐角处，将计算结果的最大应力与试验数据进行比对，如表2所示。

6 结论

通过Abaqus软件对侧架在不同静载荷加载情况下的应力分布进行了分析，得到其应力较大的特征点应力。同时，通过应变片实际测量不同工况加载时的应力分布。将模拟分析的应力值和有限元分析得到的应力值进行对比分析发现，虽然存在少部分差异较大的点，但侧架和摇枕的模型计算的应力值与实际测试得到的应力值大多数吻合较好，模型具有一定可靠性。

参考文献

[1]TB/T 1959-2006.铁路货车摇枕、侧架静载荷及疲劳试验[S].2006.

[2]黄昔平，鲁寨军.基于有限元技术的侧架静强度和疲劳寿命分析[J].铁道机车车辆，2010，30（3）：52-55.

[3]石亦平.ABAQUS有限元分析实例详解[M].北京：机械工业出版社，2006.

[4]钱立新.国际铁路重载运输发展概况[J].国外铁路，2002，24（12）：55-56.