CN104933234A - 一种铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件的分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件的分析方法，步骤包括：创建扭杆组件的几何模型；导入网格前处理软件进行网格划分处理；对扭杆进行体网格划分得到BAR；从BAR中提取扭杆的SURFACE；将SURFACE与过盈配合位置处的几何面进行关联；对已关联SURFACE的扭转臂体网格划分得到扭转臂的ARM；将SURFACE删除；将BAR和ARM导入有限元分析软件。本发明无论扭杆组件中的扭杆和扭转臂的几何形状、承受何种载荷、以及结构形式都能够生成共节点网格，使过盈装配方式的铁路机车扭杆组件的有限元分析能够顺利完成，能够适应复杂系统结构的扭杆组件分析。
Description
技术领域
本发明涉及铁路机车结构的有限元分析技术领域，具体涉及一种铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件的分析方法。
背景技术
铁路机车抗侧滚扭杆系统属于铁路机车转向架，是安装于铁路机车转向架上的一种金属弹性构件，该金属弹性构件涉及到弹性减振性能，因此一般都需要进行性能检测或测试。扭杆组件是铁路机车抗侧滚扭杆系统的主要组成部分，系统结构比较复杂，一套扭杆组件包括一个扭杆和两个扭转臂。在工作载荷下，两个扭转臂以扭杆为旋转中心，分别顺时针和逆时针转动，使得扭杆承受扭转荷载。为了保证产品的各项性能，一般在产品设计阶段都会进行技术性能的分析，现在一般都是利用有限元分析技术对抗侧滚扭杆系统进行分析；但是对于铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件而言，在利用有限元技术对扭杆组件的变形行为进行仿真模拟时，一般都存在下述缺点：1、不共节点的扭杆组件分析不能收敛：传统的过盈装配方式的铁路机车扭杆组件的分析方法中扭杆的网格和扭转臂的网格共平面但不共节点或者不共平面也不共节点，这样分析方法具有导致有限元分析无法顺利收敛并最终无法完成分析的缺陷。2、扭杆组件分析完成后应力产生畸变：传统的过盈装配方式的铁路机车扭杆组件的分析方法中，扭杆的网格和扭转臂的网格共平面但不共节点或者不共平面也不共节点，在这种情况下，采用一些有限元分析的设置技巧可以使分析计算完成，但是由于接触面网格不共节点，导致接触面的应力产生畸变，应力结果不连续且不真实。因此，如何实现铁路机车扭杆组件的有限元分析，确保有限元分析的正常收敛，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述问题，提供一种能够克服现有分析方法无法收敛或者收敛但应力产生畸变的缺陷，能够适应复杂系统结构的扭杆组件分析、促进有限元分析顺利进行的铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件的分析方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件的分析方法，步骤包括：
1）创建扭杆组件的几何模型，扭杆组件包括一个扭杆及和扭杆过盈配合的扭转臂；
2）将所述几何模型导入网格前处理软件进行网格划分处理，在扭杆与扭转臂过盈装配的位置对扭杆的几何模型进行切割；
3）对所述扭杆进行体网格划分，得到扭杆的三维扭杆网格集BAR；从扭杆网格集BAR中提取与扭转臂过盈装配位置处的面网格，得到扭杆的二维面网格集SURFACE；
4）将所述二维面网格集SURFACE与扭转臂和扭杆过盈配合位置处的几何面进行关联；
5）对已关联二维面网格集SURFACE的扭转臂进行体网格划分，得到扭转臂的三维体网格集ARM，实现以二维面网格集SURFACE为过渡网格，将扭杆的三维扭杆网格集BAR和扭转臂的三维体网格集ARM在过盈装配平面处共节点；
6）将所述扭转臂的二维面网格集SURFACE删除；
7）将扭杆的三维扭杆网格集BAR和扭转臂的三维体网格集ARM同时导入有限元分析软件进行有限元分析计算。
优选地，所述步骤3）中对所述扭杆进行体网格划分时，具体是指对所述扭杆进行六面体或者六面体为主的体网格划分。
优选地，所述步骤5）中对已关联二维面网格集SURFACE的扭转臂进行体网格划分时，具体是指对已关联二维面网格集SURFACE的扭转臂进行六面体或者六面体为主的体网格划分。
优选地，所述步骤2）中的网格前处理软件具体是指HYPERMESH网格前处理软件。
优选地，所述步骤7）中的有限元分析软件具体是指ABAQUS有限元分析软件。
本发明铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件的分析方法具有下述优点：本发明通过对所述扭杆进行体网格划分，得到扭杆的三维扭杆网格集BAR；从扭杆网格集BAR中提取与扭转臂过盈装配位置处的面网格，得到扭杆的二维面网格集SURFACE，将所述二维面网格集SURFACE与扭转臂和扭杆过盈配合位置处的几何面进行关联，对已关联二维面网格集SURFACE的扭转臂进行体网格划分，得到扭转臂的三维体网格集ARM，实现以二维面网格集SURFACE为过渡网格，将扭杆的三维扭杆网格集BAR和扭转臂的三维体网格集ARM在过盈装配平面处共节点，其优势在于很方便地实现扭杆与扭转臂共节点的目的，从而使分析能够顺利地完成，克服了传统的过盈装配方式的铁路机车扭杆组件的分析方法中扭杆的网格和扭转臂的网格共平面但不共节点或者不共平面也不共节点而导致分析无法收敛并最终无法完成分析或者分析虽然收敛但是应力产生畸变的缺陷。无论扭杆组件中的扭杆和扭转臂的几何形状如何，无论扭杆组件承受何种载荷，以及无论扭杆组件的结构形式如何，本发明分析方法都能生成共节点网格，使扭杆组件的分析能够顺利完成，能够适应复杂系统结构的扭杆组件有限元分析、促进有限元分析的顺利进行。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例中的扭杆组件结构示意图。
图3为本发明实施例中得到的三维扭杆网格集BAR示意图。
图4为本发明实施例中得到的二维面网格集SURFACE示意图。
图5为本发明实施例中得到的三维体网格集ARM示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件的分析方法的步骤包括：
1）创建扭杆组件的几何模型，如图2所示，扭杆组件包括一个扭杆1及和扭杆1过盈配合的扭转臂2；需要说明的是，参见图2，本实施例中的扭杆1上设有两个过盈配合的扭转臂2，且两个扭转臂2个布置于扭杆1的一端，但是本实施例铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件的分析方法仅仅是针对扭杆1和扭转臂2的过盈配合结果，其对于扭转臂2的数量并没有限制，例如可以根据需要采用更多的扭转臂2等，故在此不再赘述。
2）将几何模型导入网格前处理软件进行网格划分处理，在扭杆1与扭转臂2过盈装配的位置对扭杆1的几何模型进行切割；
3）对扭杆1进行体网格划分，得到扭杆1的三维扭杆网格集BAR，如图3所示；从扭杆网格集BAR中提取与扭转臂2过盈装配位置（图3中标号11的位置）处的面网格，得到扭杆1的二维面网格集SURFACE，如图4所示；
4）将二维面网格集SURFACE与扭转臂2和扭杆1过盈配合位置处的几何面进行关联；
5）对已关联二维面网格集SURFACE的扭转臂2进行体网格划分，得到扭转臂2的三维体网格集ARM，如图5所示，实现以二维面网格集SURFACE为过渡网格，将扭杆1的三维扭杆网格集BAR和扭转臂2的三维体网格集ARM在过盈装配平面处共节点（即扭杆1的三维扭杆网格集BAR和扭转臂2的三维体网格集ARM在过盈装配平面处的节点重合）；
6）将扭转臂2的二维面网格集SURFACE删除；
7）将扭杆1的三维扭杆网格集BAR和扭转臂2的三维体网格集ARM同时导入有限元分析软件进行有限元分析计算。
本实施例中，步骤3）中对扭杆1进行体网格划分时，具体是指对扭杆1进行六面体或者六面体为主的体网格划分。
本实施例中，步骤5）中对已关联二维面网格集SURFACE的扭转臂2进行体网格划分时，具体是指对已关联二维面网格集SURFACE的扭转臂2进行六面体或者六面体为主的体网格划分。
本实施例中，步骤2）中的网格前处理软件具体是指HYPERMESH网格前处理软件。毫无疑问，步骤2）中的网格前处理软件也可以根据需要采用其他类型的网格前处理软件。
本实施例中，步骤7）中的有限元分析软件具体是指ABAQUS有限元分析软件。毫无疑问，步骤7）中的有限元分析软件也可以根据需要采用其他类型的有限元分析软件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件的分析方法，其特征在于步骤包括：
1）创建扭杆组件的几何模型，扭杆组件包括一个扭杆及和扭杆过盈配合的扭转臂；
2）将所述几何模型导入网格前处理软件进行网格划分处理，在扭杆与扭转臂过盈装配的位置对扭杆的几何模型进行切割；
3）对所述扭杆进行体网格划分，得到扭杆的三维扭杆网格集BAR；从扭杆网格集BAR中提取与扭转臂过盈装配位置处的面网格，得到扭杆的二维面网格集SURFACE；
4）将所述二维面网格集SURFACE与扭转臂和扭杆过盈配合位置处的几何面进行关联；
5）对已关联二维面网格集SURFACE的扭转臂进行体网格划分，得到扭转臂的三维体网格集ARM，实现以二维面网格集SURFACE为过渡网格，将扭杆的三维扭杆网格集BAR和扭转臂的三维体网格集ARM在过盈装配平面处共节点；
6）将所述扭转臂的二维面网格集SURFACE删除；
7）将扭杆的三维扭杆网格集BAR和扭转臂的三维体网格集ARM同时导入有限元分析软件进行有限元分析计算。
2.根据权利要求1所述的铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件的分析方法，其特征在于，所述步骤3）中对所述扭杆进行体网格划分时，具体是指对所述扭杆进行六面体或者六面体为主的体网格划分。
3.根据权利要求2所述的铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件的分析方法，其特征在于，所述步骤5）中对已关联二维面网格集SURFACE的扭转臂进行体网格划分时，具体是指对已关联二维面网格集SURFACE的扭转臂进行六面体或者六面体为主的体网格划分。
4.根据权利要求1或2或3所述的铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件的分析方法，其特征在于，所述步骤2）中的网格前处理软件具体是指HYPERMESH网格前处理软件。
5.根据权利要求4述的铁路机车抗侧滚扭杆系统中扭杆组件的分析方法，其特征在于，所述步骤7）中的有限元分析软件具体是指ABAQUS有限元分析软件。
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