CRH1A型動車組受電弓風(fēng)動翼片（大）有限元分析

唐瑜

摘 要 本文基于CATIA軟件平臺對CRH1A型動車組受電弓風(fēng)動翼片（大）進行三維建模及有限元分析，結(jié)果得到風(fēng)動翼片的網(wǎng)絡(luò)圖、應(yīng)力分布圖及位移分布圖，力求尋找風(fēng)動翼片的最大應(yīng)力點、最大形變點位置。

關(guān)鍵詞 CRH1動車組；風(fēng)動翼片；三維建模；有限元分析

中圖分類號 U2 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）163-0211-02

風(fēng)動翼片作為受電弓的空氣動力調(diào)節(jié)工具，在各型動車組中均由使用，是我國動車組受電弓不可或缺的備件。針對風(fēng)動翼片的有限元分析可以為風(fēng)動翼片常見裂損位置提供理論證明。

CATIA作為集CAD/CAE/CAM一體化的集成軟件，除具有強大的三維實體造型功能，還能直觀反映零件和組件的形狀、裝配關(guān)系。同時具有工程分析計算、數(shù)控加工等功能。本文以CATIA軟件作為三維設(shè)計平臺對CRH1A型動車組風(fēng)動翼片做靜態(tài)有限元分析。

1 風(fēng)動翼片簡介

CRH1A型動車組受電弓為DSA-250型單臂受電弓，其風(fēng)動翼片作為受電弓空氣調(diào)節(jié)工具在動車組高速運行中具有穩(wěn)定受電弓弓網(wǎng)接觸狀態(tài)的作用。DSA-250型受電弓共有4塊風(fēng)動翼片，分別布置在左右弓架兩側(cè)，前后按照大小區(qū)分。

2 風(fēng)動翼片實體建模

2.1 草圖設(shè)計

2.1.1 主要參數(shù)

本文根據(jù)風(fēng)動翼片（大）的真實測量尺寸進行1：1比例建模，它的主要參數(shù)為：平均厚度2mm，安裝平面長度50mm、寬度36mm，風(fēng)動承載面長度60mm，寬度64mm。

2.1.2 草圖設(shè)計

按照風(fēng)動翼片橫截面的1/2進行草圖設(shè)計。

2.2 三維建模

風(fēng)動翼片承載部分（大）三維設(shè)計。

1）使用CATIA軟件的“拉伸”命令對風(fēng)動翼片（大）的承載部分進行三維建模；

2）根據(jù)實際測量，承載部分與安裝部分的夾角大致為15°，所以使用“凹槽”命令剪切出承載部分與安裝部分的結(jié)合面，為以后安裝部分的“拉伸”命令做了準(zhǔn)備；

3）使用“邊界”命令在結(jié)合面上畫出安裝部分的輪廓，然后對輪廓使用“拉伸”命令建立安裝部分模型；

4）使用“凹槽”命令在上步完成的三維建模中勾勒出風(fēng)動翼片的最終1/2模型；

5）使用“鏡像”命令完成了風(fēng)動翼片的最后成型（圖1）。

3 風(fēng)動翼片載荷計算

本文假設(shè)受電弓風(fēng)動翼片（大）所受阻力為F，由于CATIA三位設(shè)計的三維坐標(biāo)是以風(fēng)動翼片的承載面作為X平面，垂向方向為Y平面，因此特將F按照15°角分解為F1和F0（圖2）。

由圖3可以得出

本文假定F=1000N，則F1=991.45N，F(xiàn)0=130.46N。

4 風(fēng)動翼片有限元分析

4.1 施加約束

本文假定風(fēng)動翼片與固定螺栓之間的接觸面為相對靜止曲面，故在該曲面上施加“夾緊約束”。

4.2 施加載荷

根據(jù)公式1和2，將F1和F0施加在風(fēng)動翼片（大）承載面上，經(jīng)過換算矢量X方向ON、Y方向-991.45N、Z方向-130.46N。

4.3 網(wǎng)格劃分

使用軟件網(wǎng)格劃分控件將風(fēng)動翼片按照每個單元0.35mm進行劃分，節(jié)點數(shù)212？376個、單元總數(shù)53？396個。

4.4 有限元計算

4.4.1 應(yīng)力分析

使用CATIA軟件自帶有限元分析控件進行有限元分析，得到風(fēng)動翼片的最大應(yīng)力點是風(fēng)動翼片和螺栓之間的接觸點。

4.4.2 位移分析

使用CATIA軟件的“位移分析”命令得到風(fēng)動翼片的單元位移情況（圖3），由圖3可以得出，最大位移點為風(fēng)動翼片的端點，其次就是承載部分和安裝部分的連接處。

5 改進建議

5.1 風(fēng)動翼片結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議

進過分析得出最大應(yīng)力點在螺栓安裝處，因此需要將風(fēng)動翼片整體加厚，便于沖壓加工時一體成型；其次在風(fēng)動翼片L型拐角處加裝加強筋，使承載面受力向其他部位輻射，減少安裝處應(yīng)力。

5.2 維護建議

CRH1A型動車組的一級修周期為48小時/次或4000千米/次，動車組運用所應(yīng)將風(fēng)動翼片固定處檢查納入一級修作業(yè)指導(dǎo)書，并作出風(fēng)險提示，其次結(jié)合季節(jié)性整修，對風(fēng)動翼片進行專項檢查，提前發(fā)現(xiàn)問題批量更換。

6 結(jié)論

本文結(jié)合CATIA有限元設(shè)計對論對下受力分析進行了簡單分析，得出最大應(yīng)力點在安裝螺栓接觸面附近。本次有限元分析較為簡單，可以在以后的有限元分析中詳細劃分約束，詳細規(guī)劃工況及載荷，進一步提高有限元分析的實效性。

參考文獻

[1]程育仁，繆龍秀，侯炳麟.疲勞強度[M].北京：中國鐵道出版社，1990.

[2]陳厚嫦.200km/h電動車組動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強度計算與分析[M].鐵道機車車輛，2000（3）：25-26.

[3]米彩盈.鐵道機車車輛結(jié)構(gòu)強度[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2007.

[4]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2002.