一種鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件的分析方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路機車結構的有限元分析技術領域，具體涉及一種鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件的分析方法。
【背景技術】
[0002]鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)屬于鐵路機車轉向架，是安裝于鐵路機車轉向架上的一種金屬彈性構件，該金屬彈性構件涉及到彈性減振性能，因此一般都需要進行性能檢測或測試。扭桿組件是鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)的主要組成部分，系統(tǒng)結構比較復雜，一套扭桿組件包括一個扭桿和兩個扭轉臂。在工作載荷下，兩個扭轉臂以扭桿為旋轉中心，分別順時針和逆時針轉動，使得扭桿承受扭轉荷載。為了保證產(chǎn)品的各項性能，一般在產(chǎn)品設計階段都會進行技術性能的分析，現(xiàn)在一般都是利用有限元分析技術對抗側滾扭桿系統(tǒng)進行分析；但是對于鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件而言，在利用有限元技術對扭桿組件的變形行為進行仿真模擬時，一般都存在下述缺點:1、不共節(jié)點的扭桿組件分析不能收斂:傳統(tǒng)的過盈裝配方式的鐵路機車扭桿組件的分析方法中扭桿的網(wǎng)格和扭轉臂的網(wǎng)格共平面但不共節(jié)點或者不共平面也不共節(jié)點，這樣分析方法具有導致有限元分析無法順利收斂并最終無法完成分析的缺陷。2、扭桿組件分析完成后應力產(chǎn)生畸變:傳統(tǒng)的過盈裝配方式的鐵路機車扭桿組件的分析方法中，扭桿的網(wǎng)格和扭轉臂的網(wǎng)格共平面但不共節(jié)點或者不共平面也不共節(jié)點，在這種情況下，采用一些有限元分析的設置技巧可以使分析計算完成，但是由于接觸面網(wǎng)格不共節(jié)點，導致接觸面的應力產(chǎn)生畸變，應力結果不連續(xù)且不真實。因此，如何實現(xiàn)鐵路機車扭桿組件的有限元分析，確保有限元分析的正常收斂，已經(jīng)成為一項亟待解決的關鍵技術問題。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是:針對現(xiàn)有技術的上述問題，提供一種能夠克服現(xiàn)有分析方法無法收斂或者收斂但應力產(chǎn)生畸變的缺陷，能夠適應復雜系統(tǒng)結構的扭桿組件分析、促進有限元分析順利進行的鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件的分析方法。
[0004]為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為:
一種鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件的分析方法，步驟包括:
1)創(chuàng)建扭桿組件的幾何模型，扭桿組件包括一個扭桿及和扭桿過盈配合的扭轉臂；
2)將所述幾何模型導入網(wǎng)格前處理軟件進行網(wǎng)格劃分處理，在扭桿與扭轉臂過盈裝配的位置對扭桿的幾何模型進行切割；
3)對所述扭桿進行體網(wǎng)格劃分，得到扭桿的三維扭桿網(wǎng)格集BAR;從扭桿網(wǎng)格集BAR中提取與扭轉臂過盈裝配位置處的面網(wǎng)格，得到扭桿的二維面網(wǎng)格集SURFACE ;
4)將所述二維面網(wǎng)格集SURFACE與扭轉臂和扭桿過盈配合位置處的幾何面進行關聯(lián)；
5)對已關聯(lián)二維面網(wǎng)格集SURFACE的扭轉臂進行體網(wǎng)格劃分，得到扭轉臂的三維體網(wǎng)格集ARM，實現(xiàn)以二維面網(wǎng)格集SURFACE為過渡網(wǎng)格，將扭桿的三維扭桿網(wǎng)格集BAR和扭轉臂的三維體網(wǎng)格集ARM在過盈裝配平面處共節(jié)點；
6)將所述扭轉臂的二維面網(wǎng)格集SURFACE刪除；
7)將扭桿的三維扭桿網(wǎng)格集BAR和扭轉臂的三維體網(wǎng)格集ARM同時導入有限元分析軟件進行有限元分析計算。
[0005]優(yōu)選地，所述步驟3)中對所述扭桿進行體網(wǎng)格劃分時，具體是指對所述扭桿進行六面體或者六面體為主的體網(wǎng)格劃分。
[0006]優(yōu)選地，所述步驟5)中對已關聯(lián)二維面網(wǎng)格集SURFACE的扭轉臂進行體網(wǎng)格劃分時，具體是指對已關聯(lián)二維面網(wǎng)格集SURFACE的扭轉臂進行六面體或者六面體為主的體網(wǎng)格劃分。
[0007]優(yōu)選地，所述步驟2)中的網(wǎng)格前處理軟件具體是指HYPERMESH網(wǎng)格前處理軟件。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟7)中的有限元分析軟件具體是指ABAQUS有限元分析軟件。
[0009]本發(fā)明鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件的分析方法具有下述優(yōu)點:本發(fā)明通過對所述扭桿進行體網(wǎng)格劃分，得到扭桿的三維扭桿網(wǎng)格集BAR ;從扭桿網(wǎng)格集BAR中提取與扭轉臂過盈裝配位置處的面網(wǎng)格，得到扭桿的二維面網(wǎng)格集SURFACE，將所述二維面網(wǎng)格集SURFACE與扭轉臂和扭桿過盈配合位置處的幾何面進行關聯(lián)，對已關聯(lián)二維面網(wǎng)格集SURFACE的扭轉臂進行體網(wǎng)格劃分，得到扭轉臂的三維體網(wǎng)格集ARM，實現(xiàn)以二維面網(wǎng)格集SURFACE為過渡網(wǎng)格，將扭桿的三維扭桿網(wǎng)格集BAR和扭轉臂的三維體網(wǎng)格集ARM在過盈裝配平面處共節(jié)點，其優(yōu)勢在于很方便地實現(xiàn)扭桿與扭轉臂共節(jié)點的目的，從而使分析能夠順利地完成，克服了傳統(tǒng)的過盈裝配方式的鐵路機車扭桿組件的分析方法中扭桿的網(wǎng)格和扭轉臂的網(wǎng)格共平面但不共節(jié)點或者不共平面也不共節(jié)點而導致分析無法收斂并最終無法完成分析或者分析雖然收斂但是應力產(chǎn)生畸變的缺陷。無論扭桿組件中的扭桿和扭轉臂的幾何形狀如何，無論扭桿組件承受何種載荷，以及無論扭桿組件的結構形式如何，本發(fā)明分析方法都能生成共節(jié)點網(wǎng)格，使扭桿組件的分析能夠順利完成，能夠適應復雜系統(tǒng)結構的扭桿組件有限元分析、促進有限元分析的順利進行。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明實施例方法的基本流程示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明實施例中的扭桿組件結構示意圖。
[0012]圖3為本發(fā)明實施例中得到的三維扭桿網(wǎng)格集BAR示意圖。
[0013]圖4為本發(fā)明實施例中得到的二維面網(wǎng)格集SURFACE示意圖。
[0014]圖5為本發(fā)明實施例中得到的三維體網(wǎng)格集ARM示意圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1所示，本實施例鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件的分析方法的步驟包括:
I)創(chuàng)建扭桿組件的幾何模型，如圖2所示，扭桿組件包括一個扭桿I及和扭桿I過盈配合的扭轉臂2 ;需要說明的是，參見圖2，本實施例中的扭桿I上設有兩個過盈配合的扭轉臂2，且兩個扭轉臂2個布置于扭桿I的一端，但是本實施例鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件的分析方法僅僅是針對扭桿I和扭轉臂2的過盈配合結果，其對于扭轉臂2的數(shù)量并沒有限制，例如可以根據(jù)需要采用更多的扭轉臂2等，故在此不再贅述。
[0016]2)將幾何模型導入網(wǎng)格前處理軟件進行網(wǎng)格劃分處理，在扭桿I與扭轉臂2過盈裝配的位置對扭桿I的幾何模型進行切割；
3)對扭桿I進行體網(wǎng)格劃分，得到扭桿I的三維扭桿網(wǎng)格集BAR，如圖3所示；從扭桿網(wǎng)格集BAR中提取與扭轉臂2過盈裝配位置(圖3中標號11的位置)處的面網(wǎng)格，得到扭桿I的二維面網(wǎng)格集SURFACE，如圖4所示；
4)將二維面網(wǎng)格集SURFACE與扭轉臂2和扭桿I過盈配合位置處的幾何面進行關聯(lián)；
5)對已關聯(lián)二維面網(wǎng)格集SURFACE的扭轉臂2進行體網(wǎng)格劃分，得到扭轉臂2的三維體網(wǎng)格集ARM，如圖5所示，實現(xiàn)以二維面網(wǎng)格集SURFACE為過渡網(wǎng)格，將扭桿I的三維扭桿網(wǎng)格集BAR和扭轉臂2的三維體網(wǎng)格集ARM在過盈裝配平面處共節(jié)點(即扭桿I的三維扭桿網(wǎng)格集BAR和扭轉臂2的三維體網(wǎng)格集ARM在過盈裝配平面處的節(jié)點重合)；
6)將扭轉臂2的二維面網(wǎng)格集SURFACE刪除；
7)將扭桿I的三維扭桿網(wǎng)格集BAR和扭轉臂2的三維體網(wǎng)格集ARM同時導入有限元分析軟件進行有限元分析計算。
[0017]本實施例中，步驟3)中對扭桿I進行體網(wǎng)格劃分時，具體是指對扭桿I進行六面體或者六面體為主的體網(wǎng)格劃分。
[0018]本實施例中，步驟5)中對已關聯(lián)二維面網(wǎng)格集SURFACE的扭轉臂2進行體網(wǎng)格劃分時，具體是指對已關聯(lián)二維面網(wǎng)格集SURFACE的扭轉臂2進行六面體或者六面體為主的體網(wǎng)格劃分。
[0019]本實施例中，步驟2)中的網(wǎng)格前處理軟件具體是指HYPERMESH網(wǎng)格前處理軟件。毫無疑問，步驟2)中的網(wǎng)格前處理軟件也可以根據(jù)需要采用其他類型的網(wǎng)格前處理軟件。
[0020]本實施例中，步驟7)中的有限元分析軟件具體是指ABAQUS有限元分析軟件。毫無疑問，步驟7)中的有限元分析軟件也可以根據(jù)需要采用其他類型的有限元分析軟件。
[0021]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件的分析方法，其特征在于步驟包括: 1)創(chuàng)建扭桿組件的幾何模型，扭桿組件包括一個扭桿及和扭桿過盈配合的扭轉臂； 2)將所述幾何模型導入網(wǎng)格前處理軟件進行網(wǎng)格劃分處理，在扭桿與扭轉臂過盈裝配的位置對扭桿的幾何模型進行切割； 3)對所述扭桿進行體網(wǎng)格劃分，得到扭桿的三維扭桿網(wǎng)格集BAR;從扭桿網(wǎng)格集BAR中提取與扭轉臂過盈裝配位置處的面網(wǎng)格，得到扭桿的二維面網(wǎng)格集SURFACE ; 4)將所述二維面網(wǎng)格集SURFACE與扭轉臂和扭桿過盈配合位置處的幾何面進行關聯(lián)； 5)對已關聯(lián)二維面網(wǎng)格集SURFACE的扭轉臂進行體網(wǎng)格劃分，得到扭轉臂的三維體網(wǎng)格集ARM，實現(xiàn)以二維面網(wǎng)格集SURFACE為過渡網(wǎng)格，將扭桿的三維扭桿網(wǎng)格集BAR和扭轉臂的三維體網(wǎng)格集ARM在過盈裝配平面處共節(jié)點； 6)將所述扭轉臂的二維面網(wǎng)格集SURFACE刪除； 7)將扭桿的三維扭桿網(wǎng)格集BAR和扭轉臂的三維體網(wǎng)格集ARM同時導入有限元分析軟件進行有限元分析計算。2.根據(jù)權利要求1所述的鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件的分析方法，其特征在于，所述步驟3)中對所述扭桿進行體網(wǎng)格劃分時，具體是指對所述扭桿進行六面體或者六面體為主的體網(wǎng)格劃分。3.根據(jù)權利要求2所述的鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件的分析方法，其特征在于，所述步驟5)中對已關聯(lián)二維面網(wǎng)格集SURFACE的扭轉臂進行體網(wǎng)格劃分時，具體是指對已關聯(lián)二維面網(wǎng)格集SURFACE的扭轉臂進行六面體或者六面體為主的體網(wǎng)格劃分。4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件的分析方法，其特征在于，所述步驟2)中的網(wǎng)格前處理軟件具體是指HYPERMESH網(wǎng)格前處理軟件。5.根據(jù)權利要求4述的鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件的分析方法，其特征在于，所述步驟7)中的有限元分析軟件具體是指ABAQUS有限元分析軟件。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵路機車抗側滾扭桿系統(tǒng)中扭桿組件的分析方法，步驟包括：創(chuàng)建扭桿組件的幾何模型；導入網(wǎng)格前處理軟件進行網(wǎng)格劃分處理；對扭桿進行體網(wǎng)格劃分得到BAR；從BAR中提取扭桿的SURFACE；將SURFACE與過盈配合位置處的幾何面進行關聯(lián)；對已關聯(lián)SURFACE的扭轉臂體網(wǎng)格劃分得到扭轉臂的ARM；將SURFACE刪除；將BAR和ARM導入有限元分析軟件。本發(fā)明無論扭桿組件中的扭桿和扭轉臂的幾何形狀、承受何種載荷、以及結構形式都能夠生成共節(jié)點網(wǎng)格，使過盈裝配方式的鐵路機車扭桿組件的有限元分析能夠順利完成，能夠適應復雜系統(tǒng)結構的扭桿組件分析。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN104933234
【申請?zhí)枴緾N201510303979
【發(fā)明人】葛琪, 黃友劍, 林勝, 周煒, 夏亮, 榮繼剛
【申請人】株洲時代新材料科技股份有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月4日