有限元法的内燃机车轮对强度计算和评定(3)
有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。传统经验设计和手工分析计算现在已经难以满足高性能机车轮对的设计要求。现在不用像传统方法那样通过对实际轮对进行反复试验计算得出结论而通过有限元分析软件对机车轮对进行模拟受力分析，这不近大大的降低了人力、财力，也使得分析得出的数据结果更加的精确，与实际情况更相符。有限元分析在机车轮对疲劳强度、结构强度等方面的运用已经相当的成熟。
总的来说，有限元分析可分成前置处理、求解器和后置处理三个阶段。前置处理是在有限元软件中建立有限元模型或从外面导入建好的模型对其进有限元建模，完成网格的划分、载荷的设置等；后置处理则是采集处理计算和分析的结果，使用户能简便清楚的了解计算结果。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 课题研究内容
铁道机车车轮是影响列车平稳运行的重要部件，承受着车辆与钢轨间的全部载荷。随着列车运行速度的提高、载重的增大，轮对所承受的载荷也来越恶劣，列车的安全性和可靠性受到影响。本文的主要是利用有限元分析软件ABAQUS强大的计算分析功能对东风4B型内燃机车的车轮进行强度分析；利用传统的力学分析方法对机车车轴进行强度评定，并用ABAQUS软件进行验证。
本人论文的主要工作安排如下：
（1）首先介绍论文课题的选题背景，阐述说明轮对结构强度分析和评定的必要性，简单的介绍国内外内燃机车和轮对结构强度分析的发展和研究现状。
（2）确定东风4B内燃机车轮对的结构参数、几何尺寸、材料属性等，使用Pro/E三文建模软件对东风4B型内燃机车轮对进行实体建模，将画好的轮对零部件进行装配。
（3）简单介绍有限元分析的基本原理和发展概况，确定用ABAQUS软件对及车轮对进行强度分析。对轮对进行简单的有限元建模，如创建分析步、定义材料属性、网格划分、边界限定等。
（4）对车轴进行受力分析，根据EN13014《轮对和转向架/驱动车轴-设计方法》标准规定确定车轴的危险截面，分析每个危险截面的应力情况，将计算结果与许用应力进行比较。根据国际铁路联盟标准UIC510-5，在直道、曲线、岔道三个工况下对轮对进行有限元分析对，最后对有限元分析的结果进行分析和校核。
1.4 课题技术路线
根据上述介绍可知，传统铁道机车车辆的结构强度的分析方法是利用结构力学、材料力学、弹性力学和理论力学来求解的，但是通过这种方法计算所得到的结果准确性不高，特别是对于不规则的结构形状，计算误差较大。随着有限元法的发展和普及，现大多数的铁道机车车辆结构强度的计算分析都采用有限元分析。
本论文采用PTC公司的CreO2.0软件创建已有的东风4B型内燃机车转向架轮对的三文结构模型，并采用ANSYS软件根据国际铁路联盟组织的UIC 510-5中规定的计算载荷和计算工况对车轮强度进行有限元强度分析。
本文采用的技术路线如图1.1所示：首先，先确定要评定的内燃机车轮对为东风4B型内燃机车轮对；再根据东风4B型内燃机车轮对的结构、制造工艺、几何尺寸，采用三文软件Pro/E创建东风4B车型内燃机车轮对的几何模型；再对机车轮对进行受力分析；然后采用有限元分析软件分析机车轮对结构强度；最后得出研究的结论。
2 轮对建模
2.1 PRO/E软件概述
1988年，美国PTC公司开发并发行了3D产品设计软件Pro/E，该软件中分别含有产品装、配铸造件设计、造型设计、零件设计等功能模块，每个功能模块都可以完成独立的设计。其中主要的项目类型有草绘、零件、组件、制造、绘图等。使用草绘可以创建二文草图；使用零件模块可以创建三文实体零件和曲面；使用装配模块可以对零件进行装配。该软件与传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上不同，它的全部模块都是建立在统一基层上的数据库上。参数化设计是Pro/E软件最为主要的特点，通过尺寸参数来确定模型的形状。