中车长春轨道客车股份有限公司 张桐鹤 赵鑫 杜彬 翟方宁 吉林省长春市 130062
摘要:高速动力车身系统是高速铁路列车的重要组成部分,它们的安全和可靠性都是确保高速铁路列车稳定、安全地运行的一个重要条件。机械的可靠性对于一台机器产品在生活中和使用中所发挥出来的质量指数有着重要的反映,可以有效地保证该产品正常工作和使用。它的显著特点与整个生命周期内所有阶段产品的设计、制造和应用密切相关。阶段性可靠性研究能够反映出在强度和载荷的变动及多重应力条件下生产工艺的可靠性变动趋势。阶段性的可靠度和灵敏率研究能够准确地把握随机参数灵敏率的变动趋势,并且可在设计和实际应用中引起广泛的关注。在轴承、牵引、跑步、刹车等高速EMU中发挥着重要的作用。决定高速列车运行的安全性和动态性能是最重要的部分。作为系统的重要部分，车身框架的稳定性和可靠性是整个系统的保证，分析其可靠性非常重要。
Abstract
High speed car body is an important part of high-speed train, its safety and reliability is an important guarantee to ensure the stable and safe operation of high-speed train. Mechanical reliability is an important reflection of quality index in the process of using machine products, which can effectively ensure the normal use and use of products. Its remarkable characteristics are closely related to the design, manufacture and use of products in all stages of the whole life cycle.
关键词:转向架结构，可靠性，灵敏度，高速列车，现状分析.
一、引言
车身结构中有许多不确定的因素，包括尺寸参数，外部负载和材料特性。这些不确定性直接影响结构的安全性和可靠性。因此，基于可靠性理论和优化理论的可靠性，分析由于不同随机参数对可靠性的影响不同，所以可以保证在高速操作中基帧的稳定性，需要分析每个随机参数的可靠性灵敏度。为了获得在每个随机参数上的可靠性依赖性，相关联的可靠性设计和可靠性灵敏度技术在理论和方法中达到了一定的水平，并且在应用中实现了特定的经济优点。
二、高速列车转向架构架的现状分析
2.1、转向节构架的发展分析
近年来，随着铁路运输的快速发展，高铁多个单位的速度和货物列车在铁路上的轰鸣声，对中国经济的发展起到了不可替代的作用。在铁路车辆制造业领域，如果是小汽车或货车的话，研发和制造一直是关注的焦点。车身的结构强度和动态性能与车辆的安全性，行驶稳定性和乘坐舒适度密切相关。作为最重要的安装基础和接受负荷的零部件，框架是最重要的部分，其设计和制造的安全性和可靠性尤其重要。随着科学技术的不断发展，在结构设计领域，结构可靠性设计和可靠性分析越来越令人担忧。对于在指定时间范围内提供的结构可靠度(即结构能力)进行了明确的定义,以便于在指定的条件范围内实现所需要的功能。对机械结构的可靠性进行分析,这就是结构的可靠性进行分析。目前,在小型框架设计阶段,传统固定值的设计与分析方法有许多,用于对结构强度进行分析。但是,由于两个因素的原因,这种设计方式无法准确地预测正在生产中使用的零件的故障概率。首先,设计中所使用的负载、尺寸和材料等所设计的参数都被视作确定性变量单一值变量,而不考虑到数据色散。其次,为了保证机械结构的安全和可靠,计算负载和材料强度时为了保证结构的安全和可靠,往往因某些原因而导致材料强度增加。在对静态强度评估中,经常会导致过度冗余和设计结构的强度，例如在计算静态强度时的动态负载系数和材料选择的安全率。反复测试后，取得各设计变量的统计数据，得到统计测试后对应的统计量。在可靠性分析中，最理想的情况是掌握每个变量的完整统计分布数据。由于用于可靠性分析的可用数据不足，负载，材料的机械性质，几何尺寸的随机因子通常被假定和简化，并且对于迅速促进可靠性设计理论具有特定的实用意义。概率灵敏度被定义为概率变量的不确定性对模型输出的不确定性的影响。通过将概率灵敏度分析理论引入结构可靠性分析来构建可靠性灵敏度分析理论。结构可靠性的灵敏度分析表明，基本变量对结构响应有较大的影响，影响较小。此外，在结构优化中，如果每个随机因素的影响是已知的，则结构优化可以更为目标。
2.2、构架静强度可靠性及可靠性灵敏度分析
为了满足工程领域产品可靠性分析要求的提高，将实现有限元分析技术和可靠性分析技术的组合，将概率论设计系统（pds）整合到有限元分析软件包中，逐渐被广泛使用（56～60）。ANSYS概率分析模块主要考虑结构有限元模型的基本变量的不确定性，那么结构分析结果的不确定性是什么？可以包括所有ANSYS计算结果项目，如响应量、位移、温度等。可以研究满足设计要求和故障概率的目标产品的概率。研究了对输入参数的响应灵敏度，并从多个随机输入参数中发现了对响应影响最大的输入参数作为优化设计的密钥控制变量。在使用ANSYS PDS模块进行可靠性分析的情况下，首先需要定义与影响分析结果的随机输入参数相关联的随机输出参数。第二，需要选择用于可靠性循环计算的适当可靠性分析方法（Monte Carlo法和响应曲面法）和采样方法（直接取样法，拉丁超立方体采样法，用户定义采样法）。可以定量描述结构不确定性问题，例如结构可靠性、故障概率、可靠性灵敏度。PDS的可靠性分析的整个过程可以概括为以下程序：1）创建解析文件。使用ANSYS APDL语言描述包含完整有限元分析过程的解析文件。对可靠性分析，几何模型的建立，实数的附着，有限元网格的分割（/prep7）中包含的所有随机输入输出参数的初始化2）参数化模型施加负荷，解决了问题。3）使用后处理的相关命令，提取作为输入参数使用的结果和进一步可靠性分析的响应，4）进入pds模块，指定分析文件。选择可靠性分析方法，对可靠性分析周期进行可靠性分析周期5）后处理。检查周期数是否足够，并根据特定分布执行基本变量的值，获得结构可靠性和故障概率，并阅读概率分析结果以检查灵敏度分析结果的趋势。
三、转向节构架优化设计
3.1、转向架构架有限元分析
在转向节构架的绘图中，使用proe软件建立了基帧的三维固态模型。超网格软件用于有限元网格生成。8节点元素主要用于离散化。共生成351339个节点和210646个元素。在保持约束条件和实际边界条件匹配的前提下，适当简化约束条件，通过将臂端单元与弹簧单元的结合来进行纵向约束和横向约束，假定垂直约束，模拟轴箱顶部弹簧的弹性支撑。在条件异常负荷下，高速EMU的摆动框架的最大应力为235MPa。应力发生在定位臂和光束附近的关节处。因此，可以判断焊接的框架不具有满足安全动作的必要性的永久变形
四、小结
近70年的连续开发后，可靠性理论越来越完善。在可靠性分析领域，可靠性分析与电子和土木领域相比是重要的。可靠性理论不广泛用于机械设计和分析领域（1）静态强度是铁路车辆结构强度破坏的因素之一。随着结构设计水平和制造工序的改善，结构的静态强度一般满足相关标准的要求。目前，结构的疲劳强度破坏引人注目。因此，将铁路车辆结构的疲劳强度作为破坏模式，疲劳强度的可靠性分析是重要的。另一方面，在车辆领域，结合现有的可靠性分析理论，或者对于车辆结构建立更适当的可靠性分析理论是非常有意义的方向，讨论了车辆结构破坏问题的更广泛的范围（2），在工程有限元分析领域，Asys被广泛使用。ANSYS有限元分析平台中可靠性分析模块的集成对促进工程领域的可靠性分析具有重大意义。然而，在不同的领域，Anysys提供了一些分析工具或后处理项目，其在某些情况下不能满足相应的要求。而且，在航空构造等各种各样的工程领域被更多的目标化，促进更可靠的分析程序的开发。为了分析铁路车辆复杂结构的可靠性，土木结构等可以随着铁路运输技术的持续发展，开发适合铁路车辆结构的可靠性分析程序和基于可靠性的优化程序。提高铁路车辆结构可靠性分析水平。
参考文献：
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