一种基于有限元的制动控制装置疲劳强度分析方法

摘要

本发明涉及一种基于有限元的制动控制装置疲劳强度分析方法，包括如下步骤：抽取风缸吊架的中面并设置厚度，接着对制动控制装置各部件进行有限元网格划分；对风缸吊架和风缸进行焊接绑定约束；对风缸和气路板的质心处赋予质量，并进行质心耦合；建模、设置边界条件并施加载荷，进行振动冲击仿真计算；疲劳计算，并将可循环次数转化为寿命年限。本发明既考虑了制动控制装置的焊接方法和加工方式，又考虑了振动冲击施加的方向和量级，以振动冲击大纲标准为依据，一方面能够根据仿真结果预测制动控制装置的使用寿命年限，对其结构进行优化设计；另一方面能够基于仿真结果建立性能参数的变化模型，可以减少制动控制装置的设计周期和设计成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆制动控制装置疲劳强度分析方法，特别是一种高速动车组制动控制装置疲劳强度分析方法，属于高速动车组技术领域。

背景技术

目前，国内运营的CRH2型动车组的最大运行速度已经超过300km/h。而制动控制装置作为动车制动系统关键组成部分，对装置疲劳强度的的安全性和可靠性有着很高的要求。国内对制动控制装置疲劳强度的验证方法一般采用经验结构设计，装置加工成型后进行冲击振动试验来验证装置疲劳强度是否满足要求。其存在的缺点是：装置设计周期增加，一旦经过试验验证装置结构不满足要求，要重新进行设计，增加了设计周期；装置设计成本增加，每设计出一种装置结构都要通过试验来验证疲劳强度是否满足要求，试验次数多，试验费用增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述不足，提供一种快速、有效的一种基于有限元的制动控制装置疲劳强度分析方法，使其设计周期更短，设计成本更低，疲劳寿命预测更加精确。

为了解决以上技术问题，本发明提供的一种基于有限元的制动控制装置疲劳强度分析方法，包括如下步骤：

第一步、抽取风缸吊架的中面，并设置厚度，接着对风缸、风缸吊架、风缸端盖、气路板进行有限元网格划分。

所述第一步中通过具备网格划分功能的软件对风缸、风缸吊架、风缸端盖、气路板进行有限元网格划分。所述具备网格划分功能的软件为ICEM-CFD、Hypermesh、Patran中的一种。

第二步、对风缸吊架和风缸进行焊接绑定约束。

由于制动控制装置中吊架本身属于焊接件，并且吊架和风缸之间为焊接连接，因此需要对吊架和风缸进行焊接绑定约束。

第三步、对风缸和气路板的质心处赋予质量，并进行质心耦合。

本步骤大大简化模型对象，可减少数据量，有利于提高仿真计算的速度。

第四步、搭建制动控制装置有限元分析模型，对装置各部件固定连接处施加边界条件，根据轨道车辆振动冲击试验大纲施加载荷，进行振动冲击仿真计算，获得记载有制动控制装置各部件单位载荷下或实际工作载荷下弹性应力的数据文件A。

第五步、使用疲劳分析软件读取第四步中获得的数据文件A，根据实际载荷工况和交变载荷形式将结果比例迭加以产生工作应力时间历程，进行疲劳计算，获得各部件在指定工况下的可循环次数。

第六步、将各部件在指定工况下的可循环次数转换为指定工况下的寿命年限。

本发明中，所述第二步、第三步、第四步通过有限元软件实现。

所述有限元软件为Abaqus、Hypermesh、Nsoft中的一种。

所述第六步中，通过有限元软件将各部件在指定工况下的可循环次数转换为指定工况下的寿命年限。

根据仿真结果对制动控制装置系进行合理的评价，如果结果疲劳强度不合理，还需要进行适当的优化，知道仿真结果满足实际需要为止。

本发明有益效果如下：本发明的疲劳强度分析方法，既考虑了制动控制装置的焊接方法和加工方式，又考虑了振动冲击施加的方向和量级，以振动冲击大纲标准为依据，一方面能够根据仿真结果预测制动控制装置的使用寿命年限，对其结构进行优化设计，；另一方面能够基于仿真结果建立性能参数的变化模型，可以减少制动控制装置的设计周期和设计成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

本发明基于有限元的制动控制装置疲劳强度分析方法，包括如下步骤：

第一步、抽取风缸吊架的中面，并设置厚度，接着对风缸、风缸吊架、风缸端盖、气路板进行有限元网格划分。

为了使制动控制装置疲劳强度分析的时间缩短，需对制动控制装置吊架抽取中面，并要设置厚度；

在对制动控制装置进行网格划分时，为了保证制动控制装置疲劳强度分析的顺利进行和计算精度，一定要保证所划分的网格三角形单元所占的比例小于0.1%。由于制动控制装置的模型较大，计算工况多，所以制动控制装置的计算采用振动叠加法，既频率提取和瞬时模态动态分析法。

本步中通过具备网格划分功能的软件对风缸、风缸吊架、风缸端盖、气路板进行有限元网格划分。所述具备网格划分功能的软件为ICEM-CFD、Hypermesh、Patran中的一种。

第二步、对风缸吊架和风缸进行焊接绑定约束；

由于制动控制装置中吊架本身属于焊接件，并且吊架和风缸之间为焊接连接，因此需要对吊架和风缸进行焊接绑定约束。焊缝区域必须均匀分布，焊接节点等距排列。

第三步、对风缸和气路板的质心处赋予质量，并进行质心耦合。本步骤大大简化模型对象，可减少数据量，有利于提高仿真计算的速度。

第四步、搭建制动控制装置有限元分析模型，对装置各部件固定连接处施加边界条件，根据轨道车辆振动冲击试验大纲施加载荷，进行振动冲击仿真计算，获得记载有制动控制装置各部件单位载荷下或实际工作载荷下弹性应力的数据文件A；

第五步、使用疲劳分析软件读取第四步中获得的数据文件A，根据实际载荷工况和交变载荷形式将结果比例迭加以产生工作应力时间历程，进行疲劳计算，获得各部件在指定工况下的可循环次数；

第六步、将各部件在指定工况下的可循环次数转换为指定工况下的寿命年限。

本发明中，所述第二步、第三步、第四步通过有限元软件实现。所述有限元软件为Abaqus、Hypermesh、Nsoft中的一种。所述第六步中，通过有限元软件将各部件在指定工况下的可循环次数转换为指定工况下的寿命年限。

该方法运用振动叠加法计算技术对制动控制装置进行疲劳寿命分析，得到制动控制装置的强度和疲劳寿命，进而对制动控制装置的结构强度和使用寿命进行合理的评价，并据此进行优化和改进。实践证明，该方法对于制动控制装置疲劳强度的分析是非常快速和有效的。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。