Simulácia distribúcie zaťaženia a návrhy optimalizácie prítlačnej dosky
- Aké je pravidlo pre distribúciu záťaže na prítlakovej doske?
Vertikálne zaťaženie je distribuované v „vysoko v strede a nízka na okraji“. Zaťaženie je najväčšie (približne 2 0 0 ~ 300MPa) v kontaktnom bode medzi stredom tlakovej dosky a koľajnicou a postupne klesá smerom k okraju. Zaťaženie klesne na 50 ~ 100 mPa pri 10 mm od okraja. Toto pravidlo je zrejmejšie pre bežné železničné tlakové dosky. Bočné zaťaženie je nerovnomerne rozdelené do časti krivky. Zaťaženie na vonkajšej tlakovej doske je o 20% ~ 30% vyššie ako na vnútornej strane. Rozdiel môže dosiahnuť 40% pre malé krivky polomeru (R menšie alebo rovné 600 m), čo má za následok rýchlejšie opotrebovanie vonkajšej tlakovej dosky. Dynamické zaťaženie v priebehu času kolíše. Vrcholové zaťaženie, keď vlak prechádza, je 1,5 ~ 2 -násobok statického zaťaženia a trvanie je 0,1 ~ 0,3 sekundy. Vysokofrekvenčné vibrácie zvyšuje nerovnomernú distribúciu záťaže. Vysokorýchlostné tlakové dosky koľajnice sa musia prispôsobiť tejto dynamickej zmene. Okolo otvoru skrutky je koncentrácia napätia a záťaž je o 30% ~ 50% vyššia ako iné časti. Je to oblasť s vysokým rozlíšením pre únavové praskliny v tlakovej doske. Tlakové tlakové dosky na zaťažení musia posilniť dizajn tejto časti.
- Aké sú faktory ovplyvňujúce distribúciu záťaže na tlakovej doske?
Kľúčom je tvar tlakovej dosky. Zaťaženie plochej tlakovej platne je koncentrované v stredu (faktor koncentrácie napätia 1,5 ~ 2. 0). Tlaková doska oblúka lepšie zapadá do koľajnice a distribúcia zaťaženia je rovnomernejšie (koeficient 1,2 ~ 1,3). Vysokorýchlostná koľajnica väčšinou prijíma dizajn ARC. Nerovnomerná hrúbka povedie k nevyváženému rozdeleniu záťaže. Príliš tenký uprostred (<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.
- Ako optimalizovať distribúciu záťaže tlakovej platne prostredníctvom simulačnej analýzy?
Simulácia konečných prvkov je hlavnou metódou. Analyzujú sa trojrozmerný model tlakovej doštičky - koľajnica - spac, ktorý sa používa vertikálne a bočné zaťaženie, sú analyzované mapy mrakov napätia, nachádzajú sa oblasti koncentrácie napätia (napríklad okolo otvorov skrutky) a vykonáva sa cielená optimalizácia. Táto metóda môže znížiť faktor koncentrácie stresu bežných železničných tlakových dosiek o 20%~ 30%. Parametrická konštrukcia upravuje parametre, ako je hrúbka tlakovej dosky a polomer filé, porovnáva distribúciu zaťaženia rôznych schém a vyberie optimálnu kombináciu. Polomer filé z oblúkovej tlakovej platne sa zvyšuje z 5 mm na 8 mm a koncentrácia napätia sa zníži o 15%~ 20%. Simulácia dynamickej zaťaženia využíva explicitný algoritmus na simuláciu prechodného zaťaženia, keď vlak prechádza, a optimalizuje distribúciu záťaže tlakovej dosky pod nárazom. Po tejto optimalizácii je dynamický vrchol vysokorýchlostného koľajnice znížený o 10%~ 15%. Topologická optimalizácia odstraňuje materiály v neprestrojených oblastiach a zachováva štruktúry v oblastiach s vysokým stresom. Aj keď znižuje hmotnosť o 10%~ 15%, robí distribúciu záťaže rovnomernejšie, čo je vhodné pre tlakové dosky metra s vysokými ľahkými požiadavkami.
- Aké sú špecifické konštrukčné opatrenia na optimalizáciu distribúcie záťaže tlakových dosiek?
Zvýšte hrúbku okolo otvoru skrutky z 10 mm na 12 ~ 15 mm a zvýšte polomer filé (R väčší alebo rovný 8 mm), aby ste znížili faktor koncentrácie napätia o 30%~ 40%. Toto opatrenie sa musí prijať pre ťažké tlakové tlakové doštičky. Použite kontaktný povrch v tvare oblúka, ktorý zodpovedá spodnému profilu koľajnice, zvýšte kontaktnú plochu o 15%~ 20%, rozšírite rozsah distribúcie záťaže a znížte miestny tlak o 10%~ 15%. Polomer oblúka vysokorýchlostnej koľajnice je zvyčajne 150 ~ 200 mm. Nastavte vystužujúce rebrá, pridajte rebrovú dosku (výška 5 ~ 8 mm) medzi stredom tlakovej dosky a otvorom skrutky, vložte zaťaženie skrutky, znížte koncentráciu napätia v strede a hrúbka rebrovej doštičky je 3 ~ 5 mm, aby sa významne zlepšilo distribúcia. Použite dizajn zloženého materiálu vrstveného materiálu, s vysokými pevnými materiálmi (napríklad uhlíkovým vlákninou) na povrchu, aby ste znášali zaťaženie, a elastické materiály (napríklad guma) na vnútornej vrstve do tlmivého roztoku. Uniformita distribúcie záťaže sa zlepšuje o 20%~ 30%, čo je vhodné pre úseky so silnými vibráciami.
- Aké sú rozdiely v optimalizácii zamerania distribúcie záťaže tlakových dosiek rôznych typov vedení?
Vysokorýchlostné železnice sa zameriavajú na optimalizáciu dynamického zaťaženia. Prostredníctvom dizajnu oblúka a vyrovnávacej pamäte zloženého materiálu sa dynamický vrchol napätia zníži o 15%~ 2 0%, čo zaisťuje stabilné rozdelenie zaťaženia pri vysokofrekvenčných vibráciách a odchýlke meradla trate menšia alebo rovná 0,1 mm. Ťažké záťažové železnice sa zameriavajú na optimalizáciu distribúcie statického zaťaženia, posilnenie otvorov skrutiek a strednú konštrukciu a kontrolu faktora koncentrácie napätia v rámci 1,2, ktoré vydrží kontinuálne vysoké zaťaženie generované veľkou hmotnosťou nápravy. Po tejto optimalizácii sa ložisková kapacita 45 oceľovej tlakovej dosky zvýši o 10%~ 15%. Bežné železničné vyváženie nákladov a výkon, prijali konštrukciu plochej dosky s premenlivou hrúbkou, s hrúbkou 12 mm v strede a 10 mm na okraji. Uniformita distribúcie záťaže sa zlepšuje o 20% v porovnaní s návrhu rovnakej hrúbky a zvýšenie nákladov nepresahuje 10%. Mestská železničná tranzit musí brať do úvahy dynamické aj statické zaťaženie a prijíma návrh „ARC + výstužné rebrá“, ktorý znižuje vrchol dynamického napätia o 10%, a faktor statického napätia je menší alebo rovný 1,3, ktorý sa prispôsobuje charakteristikám častých štartov a zastavení.