Segíthetünk?

Vasúti forgóváz szilárdságtani elemzése

Az eCon Engineering Kft. az alábbi projektben egy vasúti forgóváz szilárdságtani elemzését végezte el, amelynek keretében különböző szimulációs megoldásokkal támogatta a megbízó cég tervező csapatát a fejlesztés során.

Az elemzéshez az EN 13749 vasúti szabványt vettük alapul, amely szabvány meghatározza azokat a terheléseket, amelyek a forgóváz működésére hatással vannak.

A terhelések 2 fő csoportba oszthatók: megkülönböztetjük a extrém és az üzemi terheléseket.

Az extrém terhelésekkel a cél annak ellenőrzése, hogy a forgóváz nem szenved-e törést ritkán fellépő, nagy terhelések hatására. Az üzemi terheléseknél a forgóváz szilárdságát nemcsak a statikus meghibásodás, hanem a terhelés ciklikus jellege miatti fáradás szempontjából is elemezni kell. Ami a tartósságot és annak elemzését illeti; mivel a vizsgált forgóváz hegesztett acélszerkezet, a fáradásos tönkremenetel jellemző módja a hegesztések környezetében megjelenő repedés, ezért a kiértékelésben ezt a módot vizsgáltuk.

Forgóváz szilárdságtani számítása

Végeselemes modell és peremfeltételek

A forgóváz mechanikai terhelés alatti viselkedését végeselemes szimulációval (FEM vagy FEA) vizsgáltuk. A hegesztett acéllemezeket héjelemek, míg egyes további alkatrészeket térfogati elemek felhasználásával modelleztük.

A megfelelő erőátvitel érdekében fontos, hogy a forgóvázat megfelelően alátámasszuk a szimuláció során. Ezért a felfüggesztést rúd elemekből felépített mechanizmusként modelleztük, míg a stabilizáló keretet és a hajtás elemeit héj elemekkel vettük figyelembe. Ezeket a részeket megfelelő karakterisztikával rendelkező rugóelemekkel, vagy mechanikai kényszerekkel kötöttük össze a szerkezettel. Majd ezekre az alkatrészekre a számítások peremfeltételeit és koncentrált terhelését alkalmaztuk. A tömeg értékek és a tömegeloszlás megadásának, valamint az anyagtulajdonságok pontos definiálására nagy hangsúlyt fektettünk a szimuláció során.

Forgóváz végeselemes modellje

Eredmények kiértékelése

A statikus tönkremenetel elemzésével az alapanyag és a hegesztési varrat anyagkihasználtság értékeit jelenítettünk meg és biztonsági tényezőket kalkuláltunk. Ciklikus terhelések esetén a kritikus tönkremenetel a varratok hőhatásövezeteiben megjelenő repedés. Ezért az üzemi terhelésekből számolt mechanikai feszültségértékekre vonatkozóan fáradásos kiértékelés szükséges. A különböző üzemi terheléseket kombinálva egy terheléskollektívát definiáltunk, és amplitúdófeszültségeket és középfeszültségeket határoztunk meg. A feszültségeredmények és a terhelési ciklusszámok alapján fáradásos kiértékelést végeztünk, amely akár több különböző hegesztési szabvány vagy irányelv szerint megtörténhet, úgy mint FKM, IIW, EC3 vagy BS.

A szimuláció eredménye

A bemutatott szimulációs megközelítés különböző típusú forgóvázakra alkalmazható, és hatékony módszer a vasúti forgóvázak fejlesztésében, különösen a tervezés korai szakaszában.