Slodzes sadalījuma simulācija un spiediena plāksnes optimizācijas dizains
- Kāds ir spiediena plāksnes slodzes sadalījuma noteikums?
Vertikālā slodze tiek sadalīta "augstā vidū un zemā malā". Slodze ir lielākā (apmēram 2 0 0 ~ 300MPa) kontakta punktā starp spiediena plāksnes vidusdaļu un sliedi, un pakāpeniski samazinās malas virzienā. Slodze nokrīt līdz 50 ~ 100MPa 10 mm attālumā no malas. Šis noteikums ir acīmredzamāks parastajām dzelzceļa spiediena plāksnēm. Sānu slodze ir nevienmērīgi sadalīta līknes sadaļā. Krava uz ārējā spiediena plāksnes ir par 20% ~ 30% lielāka nekā iekšējā pusē. Starpība var sasniegt 40% mazām rādiusa līknēm (r mazāka vai vienāda ar 600 m), kā rezultātā ārējā spiediena plāksne rodas ātrāk. Dinamiskā slodze laika gaitā svārstās. Maksimālā slodze, kad vilciens pāriet, ir 1,5 ~ 2 reizes lielāks par statisko slodzi, un ilgums ir 0,1 ~ 0,3 sekundes. Augstas frekvences vibrācija padara slodzes sadalījumu vairāk nevienmērīgu. Ātrgaitas dzelzceļa spiediena plāksnēm jāpielāgojas šīm dinamiskajām izmaiņām. Ap skrūves caurumu ir stresa koncentrācija, un slodze ir par 30% ~ 50% lielāka nekā citās daļās. Tas ir augsta līmeņa teritorija noguruma plaisām spiediena plāksnē. Smagas slodzes dzelzceļa spiediena plāksnēm ir jāstiprina šīs daļas dizains.
- Kādi faktori ietekmē spiediena plāksnes slodzes sadalījumu?
Spiediena plāksnes forma ir atslēga. Plakanās spiediena plāksnes slodze ir koncentrēta vidū (sprieguma koncentrācijas koeficients 1,5 ~ 2. 0). Loka spiediena plāksne labāk der sliedei, un slodzes sadalījums ir vienveidīgāks (koeficients 1,2 ~ 1,3). Ātrgaitas dzelzceļš lielākoties pieņem loka dizainu. Nevienmērīgs biezums novedīs pie nesabalansēta slodzes sadalījuma. Pārāk plāns vidū (<10mm) will increase the load concentration factor by 20%~30%. It is necessary to adopt a variable thickness design (12~15mm thick in the middle and 8~10mm at the edge) to balance strength and weight. Material stiffness affects load transfer. The load distribution range of steel pressure plates (elastic modulus 200GPa) is 30%~40% larger than that of composite materials (20~30GPa), but composite materials can buffer local high loads and are suitable for high-speed rail. Insufficient installation preload will reduce the load distribution range by 20%~30%, increase local pressure, and the preload deviation exceeding 10% will lead to uneven load distribution. The preload needs to be controlled within the specified range.
- Kā optimizēt spiediena plāksnes slodzes sadalījumu, izmantojot simulācijas analīzi?
Galvenā metode ir galīgo elementu simulācija. Tiek izveidots spiediena plāksnes - sliedes - gulšņa trīsdimensiju modelis, tiek izmantotas vertikālas un sānu slodzes, tiek analizētas stresa mākoņu kartes, atrasti stresa koncentrācijas laukumi (piemēram, ap skrūvju caurumiem) un tiek veikta mērķtiecīga optimizācija. Šī metode var samazināt parasto dzelzceļa spiediena plāksnes stresa koncentrācijas koeficientu par 20%~ 30%. Parametriskais dizains pielāgo tādus parametrus kā spiediena plāksnes biezums un filejas rādiuss, salīdzina dažādu shēmu slodzes sadalījumu un izvēlas optimālo kombināciju. Loka spiediena plāksnes filejas rādiuss tiek palielināts no 5 mm līdz 8 mm, un sprieguma koncentrācija tiek samazināta par 15%~ 20%. Dinamiskās slodzes simulācijā tiek izmantots izteikts algoritms, lai modelētu pārejošu slodzi, kad vilciens iet garām, un optimizē spiediena plāksnes slodzes sadalījumu triecienā. Pēc šīs optimizācijas ātrgaitas sliedes spiediena plāksnes dinamiskā sprieguma maksimums tiek samazināts par 10%~ 15%. Topoloģiskā optimizācija izdzēš materiālus, kas nav stresa zonās un saglabā struktūras augstas stresa apgabalos. Lai arī svars samazina svaru par 10%~ 15%, tas padara slodzes sadalījumu vienveidīgāku, kas ir piemērots metro spiediena plāksnēm ar augstas vieglas prasībām.
- Kādi ir īpašie projektēšanas pasākumi, lai optimizētu spiediena plākšņu slodzes sadalījumu?
Palieliniet biezumu ap skrūves caurumu no 10 mm līdz 12 ~ 15 mm un palieliniet filejas rādiusu (r lielāks vai vienāds ar 8 mm), lai samazinātu sprieguma koncentrācijas koeficientu par 30%~ 40%. Šis pasākums ir jāpieņem lieljaudas dzelzceļa spiediena plāksnēm. Izmantojiet loka formas kontakta virsmu, lai tas atbilstu sliedes apakšējam profilam, palieliniet kontakta laukumu par 15%~ 20%, paplašiniet slodzes sadalījuma diapazonu un samaziniet vietējo spiedienu par 10%~ 15%. Ātrgaitas sliedes spiediena plāksnes loka rādiuss parasti ir 150 ~ 200 mm. Uzstādiet pastiprinošas ribas, pievienojiet ribas plāksni (augstums 5 ~ 8 mm) starp spiediena plāksnes vidu un skrūves caurumu, vadiet slodzi līdz skrūvei, samaziniet sprieguma koncentrāciju vidū, un ribu plāksnes biezums ir 3 ~ 5 mm, lai ievērojami uzlabotu sadalījumu. Izmantojiet kompozītmateriāla slāņainu dizainu ar augstas stiprības materiāliem (piemēram, oglekļa šķiedru) uz virsmas, lai uzvilktu slodzi, un elastīgajiem materiāliem (piemēram, gumiju) uz iekšējā slāņa līdz buferšķīdumam. Slodzes sadalījuma vienveidība tiek uzlabota par 20%~ 30%, kas ir piemērota sekcijām ar spēcīgu vibrāciju.
- Kādas ir atšķirības dažādu līniju tipu spiediena plākšņu slodzes sadalījuma optimizācijas fokusā?
Ātrgaitas dzelzceļi koncentrējas uz dinamiskās slodzes optimizāciju. Izmantojot loka dizainu un kompozītmateriāla buferizāciju, dinamiskā sprieguma maksimums tiek samazināts par 15%~ 2 0%, nodrošinot stabilu slodzes sadalījumu augstfrekvences vibrācijā un sliežu ceļu gabarīta novirzē, kas ir mazāka vai vienāda ar 0,1 mm. Lieljaudas dzelzceļi koncentrējas uz statiskās slodzes sadalījuma optimizēšanu, skrūvju caurumu un vidējā dizaina stiprināšanu un sprieguma koncentrācijas koeficienta kontroli 1,2 robežās, kas var izturēt nepārtrauktu lielo slodzi, ko rada liels asu svars. Pēc šīs optimizācijas 45 tērauda spiediena plāksnes gultņa spēja tiek palielināta par 10%~ 15%. Parastās dzelzceļa līdzsvara izmaksas un veiktspēja, mainīgā biezuma plakanā plāksnes dizaina pieņemšana ar 12 mm biezumu vidū un 10 mm malā. Slodzes sadalījuma vienveidība tiek uzlabota par 20%, salīdzinot ar vienāda biezuma dizainu, un izmaksu pieaugums nepārsniedz 10%. Pilsētas dzelzceļa tranzītā jāņem vērā gan dinamiskas, gan statiskas slodzes un jāpieņem "loka + pastiprināšanas ribas" dizains, kas samazina dinamiskā sprieguma maksimumu par 10%, un statiskās sprieguma koncentrācijas koeficients ir mazāks vai vienāds ar 1,3, kas pielāgojas biežo sākumu un apstāšanās slodzes raksturlielumiem.