2.3 底架結構有限元模型的建立

2.3.1 有限元建模的基本原則

有限元法分析結果的準確性很大程度上取決于模型的建立是否合理。在實際工程問題中，由于高速列車端部底架結構十分復雜，遇到的載荷工況也不盡相同，理論計算載荷和邊界約束條件都需要通過計算者人為施加，故在建模過程中對模型進行適當的簡化是十分必要的。根據實際工程結構進行建模能夠得到更為準確的模擬計算結果，但在現有的技術條件下，實現起來難度較大。隨著模型復雜程度的提高，有限元的計算量會以指數形式增加，不符合高效性原則。過于簡化的模型會使得計算量大幅度降低，但同時會降低模擬計算結果的準確性，與實際模型計算結果相比，會有一定的偏差，無法完整體現結構部件在實際工程中的服役情況。因此，對模型進行簡化時，不僅要從計算量的角度進行考慮，同時還需要盡可能體現出結構的力學特性，確保其有限元分析結果的有效性^[130]。

本章針對高速列車端部底架結構的有限元建模原則為^[131]：

1）在選擇總體坐標系時，應盡量與端部底架結構的坐標系一致。

2）考慮到載荷的不對稱性，模型采用整體結構，在端部底架中心銷處采用圓形立柱和錐形圓盤的結構形式代替實際結構，便于施加載荷和最終的有限元計算。

3）適當忽略對端部底架結構應力分布影響較小的局部細節（如部分倒角、圓角、工藝孔及螺紋等），并對單元與單元搭接處進行節點合并處理。適當地簡化模型，可大幅提高計算效率。

4）對應力集中較大的區域進行重點考察，對結構表面沒有產生應力集中或產生較小應力集中的區域，進行圓整平順處理。

2.3.2 三維結構幾何模型的建立

應用Solidworks 2013軟件，并根據高速列車端部底架結構二維工程結構圖樣，建立三維模型。所建立的高速列車端部底架結構三維模型如圖2-3所示。

2.3.3 有限元模型的建立

針對端部底架結構三維模型進行有限元網格劃分，采用Solid186實體單元類型進行離散化處理^[132]。整體網格尺寸為10mm，彈性模量為69GPa，泊松比為0.3。所建立的端部底架結構有限元模型如圖2-4所示。其中，圖2-4a所示為整體結構有限元模型，共離散為154萬個單元，203萬個節點；圖2-4b所示為枕梁結構有限元模型，共離散為91萬個單元，121萬個節點；圖2-4c所示為牽引梁結構有限元模型，共離散為21萬個單元，27萬個節點；圖2-4d所示為抗蛇行減振器座結構有限元模型，共離散為42萬個單元，55萬個節點。