【摘 要】
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计算机技术的迅猛发展带动了优化设计方法的变更,而在铁路车辆的设计中,我国更多的是参照以往的相关经验,现代的分析方法应用较少。在某项目转向架中心销的铸造生产过程中,由
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计算机技术的迅猛发展带动了优化设计方法的变更,而在铁路车辆的设计中,我国更多的是参照以往的相关经验,现代的分析方法应用较少。在某项目转向架中心销的铸造生产过程中,由于材料分布不均各部分的冷却的速度有很大不同,在结晶过程中出现气泡甚至裂纹等质量问题。因此,本课题努力在保证中心销不失效的情况下,对其进行重新设计以利于整个中心销迅速同步的完成结晶冷却过程。本文首先从理论上说明了拓扑优化的数学模型及原理,表明了拓扑优化应用于转向架中心销优化设计的可行性。运用CAD、CAE和拓扑优化方法相结合的技术途径来解决上述问题。首先用Pro/Engineer构建转向架中心销的模型,然后导入有限元分析软件Ansys中进行模型修补,建立有限元模型。在不同的工况下仿真分析了其静态加载模式下的应力分布,并提取了对中心销振动特性影响较大的低阶模态进行分析。通过分析中心销静态强度和动态振动频率可以看到部件具有减小体积和用料的裕度。为了让材料的减少对中心销的强度的影响最小,并且改善应力分布不均的状况,对整个中心销进行了拓扑优化分析,来找到去除材料的最佳位置以及去除材料的合理数量。在综合考虑了拓扑优化分析的结果后,本着实用和方便生产加工的原则重新设计了转向架中心销。为了校核中心销的静态承载能力和动态特性,对拓扑优化中心销进行了静态分析和动态分析,结果表明新的设计完全能够满足中心销的静态和动态的工况下应用需要。通过分析可以看到新的结构在解决工艺难题的同时,还起到了轻量化的作用,减少了中心销重量的10%,间接起到了减少铁路车辆在运行中的能耗的作用。
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