摘 要

随着高速铁路的快速发展以及人们生活节奏的加快，越来越多的人在出远门的时候选择乘坐高速动车组。转向架作为动车组上的关键部件，其在动车组运行状态下的受力情况是非常恶劣的，转向架不但要有足够的强度来满足这些恶劣的工况，还要追求轻量化，所以对转向架的建模和分析是一项对转向架优化设计十分重要的工作。

以CRH2动车组拖车转向架为例，了解其结构以及各部分装置的作用，随后根据转向架部分参数在CATIA软件中建立转向架各个部件的模型，经过装配后得到转向架的三维模型。随后经过模型的简化得到转向架构架的有限元分析模型，利用有限元分析软件ABAQUS在两种约束状态下以及三种不同网格划分下即六种条件下，对构架进行模态分析，得到0~100Hz内的振型，并对振型进行了分析。最后横向和纵向比较不同约束和不同网格划分对计算结果产生的影响，随后又用ABAQUS对轮轨进行了模态分析，并对其振型进行了初步分析，并与构架的模态振型进行对比，最后可以初步判断构架的刚度是比较可靠的。

关键词：轨道车辆；转向架；构架；三维建模，模态分析

Abstract

With the rapid development of high speed railway and the quickening of people's life rhythm, more and more people choose to take high speed railway when they are away for a long trip. The bogie, as the key component, is very bad under the operating state of the EMU. The bogie should not only have enough strength to satisfy these bad conditions, but also pursue the light weight. Therefore, the modeling and analysis of the bogie is a very important work for the optimization design of the bogie frame.

Taking the bogie of CHR2 as an example, it is understood that the structure and the function of each part of the device. Then, the model of each component of the bogie is established in the CATIA software according to the parameters of the bogie, and the three dimensional model of the bogie is obtained after the assembly. After the simplification of the model, the finite element analysis model of the steering frame is obtained. Using the finite element analysis software ABAQUS under two constraints and three different grids, the modal analysis of the frame is carried out, and the mode of vibration in the 0~100Hz is obtained. Then, the vibration mode is analyzed. Finally, the influence of the different constraints and different grid division on the results of the calculation is compared, and then the modal analysis of the wheel-rail modal is carried out with ABAQUS. The vibration mode is analyzed.Finally, it can be found that the stiffness of the frame is reliable.

Key Words: Rail vehicle;bogie;frame; three-dimensional modeling; modal analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 主要研究内容 3

第2章 CRH2型拖车转向架的三维建模 4

2.1 CRH2拖车转向架介绍 4

2.2 各部分的结构特点和作用 4

2.2.1 二系悬挂 4

2.2.2 构架 5

2.2.3 一系悬挂 5

2.2.4 轴箱及轴箱定位装置 6

2.2.5 轮对 6

2.3 三维建模软件CATIA简介 7

2.4 转向架构架参数的确定 7

2.5 转向架各部件的三维建模 8

2.5.1 转向架构架的三维模型建立 8

2.5.2 车轮的三维模型建立 10

2.5.3 车轴的三维模型建立 12

2.5.4 构架其他部分的各零件的三维模型 13

2.6 转向架的装配设计 14

2.7 转向架工程图的生成和修改 16

2.8 本章小结 16

第3章 转向架构架的模态分析 17

3.1 模态分析的简介 17

3.2 有限元法的发展历史以及ABAQUS软件的介绍 18

3.3 转向架构架的有限元模型建立 20

3.2.1 定义材料属性 20

3.2.2 装配 21

3.2.3 创建分析步 21

3.2.4 设置边界条件 21

3.2.5 网格划分 22

3.4 转向架构架的模态分析 22

3.4.1 约束1网格1的结果分析 23

3.4.2 约束1网格2的结果分析 25

3.4.3 约束1网格3的结果分析 28

3.4.4 约束1下的不同网格划分对计算结果产生的影响 30

3.4.5 约束2网格1的结果分析 30

3.4.6 约束2网格2的结果分析 32

3.4.7 约束2网格3的结果分析 35

3.4.8 约束1与约束2下的模态分析结果比较以及结果分析 37

3.5 本章小结 37

第4章 轮轨模态分析 38

4.1 模型前处理 38

4.2 轮轨模态分析 38

4.3 轮轨的模态振型与构架振型之间的联系 40

4.4 本章小结 44

第5章 总结与展望 46

5.1 全文总结 46

5.2 研究展望 46

参考文献 48

致谢 49

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

我国地域辽阔，人口众多，再加上迫于世界能源资源紧缺和环境恶化的现实，我国开始重视发展铁路的重要性，其中“十二五”期间以高速铁路建设发展最为迅速，而高速铁路的发展使得轨道交通自身所具有的节能、环保、快捷、安全的的优势更加突出，也更加符合我国可持续发展战略。截止2015年底，我国高速铁路运营里程达到19000公里，位居全球第一位。

根据铁路“十三五”发展规划，铁路网要扩大规模，改善结构、提高质量、快速扩充运输能力，到2020年，全国铁路运营里程达到15万公里，其中高速铁路运营里程达到3万公里，并要覆盖80%以上的人口达到100万的城市。技术装备要与国际领先水平相一致，目标是建成能够满足我国的国民经济和社会发展需求的铁路网络。

考虑到我国铁路发展的特殊背景，虽然我国铁路在21世纪以来取得了跨越式的发展，但是我国铁路运输量比世界发达国家要大得多，而且铁路网络密度相对较低，无论中国的铁路网线密度按国土面积平均还是人口平均，均低于世界发达国家，所以我国还需要继续加大铁路建设力，建设客运专线，完善路网布局和西部开发性新线规划建设以及加强路网既有线技术改造。

随着高速铁路的快速发展，轨道车辆的技术也不断的朝着高速、稳定、安全的方向发展。转向架技术是增加车辆载重、长度与容积，提高列车运行速度的关键技术，其承担并传递了从轮对到车体之间的各种载荷和冲击力，转向架的好坏直接影响了列车的曲线通过能力和运行稳定性，其通过一系悬挂与轴箱轮对连接，通过二系悬挂与车体连接，成为列车上最为关键的构成，而我国对转向架的设计往往是通过安全系数来计算，使得转向架的质量和体积都偏大，与高速列车的低成本和轻量化的发展不符。