论文部分内容阅读
随着内燃机车的全面发展及运行时速的提高,机车冷却系统的设计越来越受到重视,最基本的就是保证结构的强度以使机车安全、可靠的运行。冷却间钢结构上承散热器、侧连动力室,下接转向架。研究钢结构的强度及初步动力学特性,对机车运行的安全性及钢结构的优化改进来说是非常重要的。本研究简要介绍了机车发展历程和相关理论的研究现状及理论基础,基于UG建立冷却间钢结构三维模型,HyperMesh建立有限元模型并结合冷却间整体实际结构确定边界条件。根据TB/T 1335-1996标准,确定机车底板螺栓与钢结构本体连接静强度载荷工况,明确了钢结构整体及局部的应力分布趋势及薄弱位置,并校核结构的强度。结果表明:垫片与螺帽接触处结构的等效应力最大达467.868MPa,满足螺栓的性能等级要求;纵垂组合工况及纵向加速度工况下,钢结构中空支撑板边缘拐角处的最大等效应力均高于材料的许用应力261.364MPa,不满足强度要求;横向工况及垂向工况下,结构的最大等效应力均低于材料的许用应力。根据TB3058-2002标准确定钢结构疲劳载荷的3个工况并进行计算分析,结构部件的最大主应力值均小于它们的许用应力。基于BS7608-1993标准及Miner疲劳损伤理论,提取结构的第一主应力并计算各工况下的结构累积损伤和,其值远小于Miner法则规定值1,因此,结构不会发生疲劳破坏。冷却间钢结构优化采用参数化优化,避免了二次建模导致时间工程的浪费。HyperMesh与Workbench优化模块Design Explorer联合对接可直观显示设计变量与目标参量之间的对应关系。优化相关单元尺寸,使钢结构在纵垂组合工况及纵向加速度工况下最大等效应力均低于许用应力261.364MPa,确保了钢结构实际运行的安全性。为了研究结构的动力学特性,本文基于分块兰索斯法对优化后的结构进行自由模态分析,确定了钢结构自振频率及各阶振型,在与之固接的结构或转向架及车体分析时需进行参考设计。