UG车轮参数形状优化及疲劳强度研究(4)
软件 ANSYS 使用，以拖车车轮磨耗到限拖车轮尺寸为原始参数，通过改变车轮辐板区
域的圆弧半径，减小车轮质量，最终达到车轮轻量化。工作内容如下：
首先根据动车组拖车车轮磨耗到限拖车轮的尺寸，在 UG 里进行车轮轮廓草图的绘
制并约束好，完成草图后，利用回“回转”命令对车轮轮廓进行 360°旋转成为体，确
定后完成车轮的绘制。之后进行车轴的建模，根据动车组车轴的尺寸，运用到的命令与
车轮建模命令一致。
接下来需要把已经建立好的模型导入到 ANSYS 有限元分析软件中，利用其与 UG
之间文件格式的转换关系，成功导入模型。由标准规定的三种工况：直线运行工、曲线
运行工况、道岔运行工况，进行载荷计算；查询 UIC510-5 标准得到这三种工况下的轮
轨作用点的载荷对车轮作用力的方向和位置。在 ANSYS 中定义车轮及车轴的材料属性
选择网格划分的类型，最后进行载荷的加载和求解。根据求解过后得出的车轮的应力云
图，比较 UIC510-5 和 EN13979-1 标准的结构强度要求，若车轮上的应力在材料的许用
应力范围内，则车轮的优化结果正确。 2 车轮形状优化分析原理
为了了解拖车车轮在工作载荷下的应力分布，车轮的强度分析采用 ANSYS 有限元分
析方法。车轮的应力采用三文有限元模型进行分析，三文模型的建立途径可以有很多种
很多 CAD软件：AUTOCAD、UG、SOLIDWORKS等都与 ANSYS有限元分析软件接口
这样一来便可以灵活的选择拖车车轮三文模型的建立方法，将车轮模型的建立和有限元
分析分开来。本文选择的三文建模软件是 UG，利用其强大的三文建模功能，把拖车车
轮及车轴三文模型建立完成。经过 UG 建模完成的拖车车轮及车轴导入到 ANSYS 有限
元分析软件里，进行车轮网格划分、载荷及求解，完成拖车车轮应力分析。通过对比有
限元分析出来车轮和车轴应力，和材料本身的弹性极限，最后得出车轮优化满足强度要求。
2.1 UG 建模的设计变量
本文通过 UG 建模软件建立四组磨耗到限拖车轮模型，分别改变它们辐板区域的圆
弧半径和其与轮辋和轮毂的交点位置，这样一来就可以减少拖车车轮辐板区域的厚度，
实现车轮的体积减少，从而能够减小拖车车轮的质量。拖车车轮在 UG 建模软件中的草
图如图 2.1 所示，四组拖车车轮的轮缘角如表 2.1，辐板区域圆弧半径如表 2.2 所示，第
一组车轮为原始车轮的数据，其他组辐板区域的圆弧半径是根据它来改变的。