ABAQUS的30吨轴重货物车辆轮对结构设计和强度分析(3)
1.2.2 铁路轮对研究概况
国外在用一个工程模型预测铁路车轮的滚动接触疲劳、日本的铁路车轮疲劳强度评价等方面进行过相关研究。
瑞典的A. EKBERG、E. KABO 和H. ANDERSSON等对预测铁路车轮的滚动接触疲劳的模型进行了研究[2]。在他们研究给出的模型中，通过输入纯剪切应力、垂向载荷、横向载荷等即可实现相应棘轮效应和疲劳性能的快速、准确识别。所设计的模型可轻易地将相关参数结合到多体的动态代码中，且无需过多的增加计算量,是一个可根据相关疲劳性能表现来优化列车的强大工具。
日本的Y. OKAGATA、K. KI IAMA 和 T. KATO等对日本的铁路车轮疲劳强度评价进行了研究[3]。为了评估评估日本铁路车轮的疲劳强度,他们使用了新的谐振式疲劳试验机对实体车轮进行了疲劳强度测试实验。因为在水平和垂直负载下，最大应力出现在轮板上，所以通过测量轮板的疲劳强度和安全因素对设计载荷进行了评估。通过对两种典型的日本铁路车轮进行测试，结果表明,它们的安全系数大于2.4。该研究通过回顾已有车轮的疲劳安全状况的方式，对新型车轮的研究做出了贡献。
国内在30t轴重铁路货车轮对过盈装配设计的可靠性评价与改进、货车轮对踏面制动系统摩擦噪声的有限元研究、铁道货车变轨距轮对结构方案设计等方面进行过研究。
为了消除轮对装配面的微动疲劳损伤，薛埃生、赵永翔、杨冰等以AAR S660标准为依据对30t轴重货车轮对的过盈装配可靠性进行了研究[4]。他们采用集成有限元法来计算配合面的应力，揭示出原设计虽可保证过盈配合面虽处于压应力状态，但局部配合面压应力过小的问题，提出将过盈配合调整为0.23mm（即孔径的0.01%），以将配合面压应力控制在合理范围内的改进方案。
在制动系统减噪方面，侯文镜、陈光雄等进行了相关研究[5]。该研究在考虑轮对和制动梁弹性对制动噪声影响的同时，主要讨论了制动角度对制动系统摩擦噪声问题的影响。通过建立货车轮对制动系统制动闸片与车轮踏面摩擦耦合条件下的运动模型，并使用ABAQUS有限元软件对所建模型的运行稳定性进行分析，从而识别出车轮踏面制动系统不稳定的振动模态，通过统计学的方法计算出不稳定模态下复特征值的实部标准差，最终分析出不同制动工况对制动噪声的影响。通过研究发现，不同闸瓦压力角下发生制动噪声的趋势也迥异，且当闸瓦压力角为-10°的时候，轮对踏面制动系统最不可能发生制动噪声。
另外，随着我国与邻国的商贸往来日益密切，铁路货车也承担着越来越重的货运任务。然而，由于我国与周边各国的铁路轨距不太相同，进出口货物如在边境口岸换装、换乘，则其运输效率自然大为降低了。为此，刘寅华，李芾，黄运华对铁道货车的变轨距轮对结构进行了研究[6]。根据我国和周边各国的铁路现状并结合货车转向架的技术参数要求，他们设计出了一种可在1435mm和1520mm的铁路轨距间进行切换的变轨距轮对。
1.2.3 有限元方法在轮对研究中的应用
在车轮的强度分析与评定方面，目前国内暂无完整而又标准的实行办法，一般都是通过有限元分析的方法来进行强度校核。通过相应的有限元软件进行有限元仿真建模，从而得出受力云图分析结果。根据受力云图确定受力最大的部位和受力的最大值，通过对比最大值是否小于许用应力来判断车轮是否满足强度条件。若最大应力小于许用应力，则车轮满足强度条件，反之，则不满足强度条件。田合强等在《CAD/CAE技术在铁道车辆轮对设计中的应用》中指出[7]：在2008年我国关于CAD/CAE技术在铁道车辆方面的应用尚处于起步阶段，并通过实例分析探讨了相应技术在铁路相关设计方面的可行性和实用性，包括使用SOLIDWORKS进行建模和使用ANSYS软件进行有限元分析；尹海涛通过有限元软件ANSYS对轮对进行了高频振动分析[8]；高菲通过ANSYS软件主要对货车轮对进行了热失效方面的研究[9]。总体而言，目前国内的车轮强度分析等工作多通过有限元分析完成，且多采用ANSYS软件。