Hoe kan het gewicht van de stalen gietstukken die in treinchassissystemen worden gebruikt, worden verminderd door ontwerpoptimalisatie en tegelijkertijd voldoende structurele sterkte te garanderen?

Het gewicht van de zware stalen gietstukken van het treinchassissysteem heeft een zekere invloed op de snelheid van de totale trein. Het verminderen van het gewicht van treingietstalen onderdelen en tegelijkertijd zorgen voor voldoende structurele sterkte is een complexe en belangrijke taak. Dit vereist uitgebreide aandacht en innovatie op veel aspecten, zoals materiaalkeuze, structureel ontwerp, productieproces en prestatie-evaluatie.

Materiaalkeuze is een cruciale stap in ontwerpoptimalisatie. Hoewel gietstaalmaterialen bekend staan ​​om hun hoge sterkte en goede taaiheid, hebben verschillende staallegeringen verschillende prestatiekenmerken. Door te kiezen voor laaggelegeerd staal met hoge sterkte (HSLA) of staal met ultrahoge sterkte kan de hoeveelheid gebruikte materiaal worden verminderd zonder dat dit ten koste gaat van de structurele sterkte, waardoor het gewicht wordt verminderd. Deze materialen hebben doorgaans een hogere vloei- en treksterkte, waardoor ontwerpers de wanddikte van onderdelen kunnen verminderen met behoud van sterkte. Bovendien kunnen nieuwe legeringen zoals titaniumlegeringen en aluminiumlegeringen door een redelijk ontwerp ook in treinchassis worden gebruikt. Deze materialen hebben een lichter gewicht en goede mechanische eigenschappen.

Ten tweede kan het gewicht van het product worden geoptimaliseerd door middel van een structureel ontwerp. Door gebruik te maken van moderne computerondersteunde ontwerptechnologie (CAD) en eindige-elementenanalysetechnologie (FEA), kan een gedetailleerde spannings- en rekanalyse van stalen gietstukken worden uitgevoerd om gebieden met hoge spanning en gebieden met lage spanning te identificeren. . Op basis van de analyseresultaten kunnen de overtollige delen van het materiaal worden verwijderd zonder de sterkte van de algehele constructie aan te tasten. Door bijvoorbeeld holtes toe te voegen in gebieden met weinig spanning of door een honingraatstructuur te gebruiken, kan de hoeveelheid gebruikt materiaal effectief worden verminderd zonder de algehele stijfheid van de constructie aan te tasten. Bovendien maakt het optimaliseren van het belastingoverdrachtspad, door middel van een redelijk geometrisch vormontwerp, de spanningsverdeling uniformer en wordt spanningsconcentratie vermeden, waardoor het gebruik van minder materiaal mogelijk wordt gemaakt om dezelfde belasting te dragen.

Topologie-optimalisatie is ook een zeer effectieve ontwerpmethode die de optimale structurele vorm en materiaalverdeling onder gegeven materialen en randvoorwaarden kan berekenen. Door middel van topologie-optimalisatie kunnen ontwerpers de beste balans vinden tussen gewicht en sterkte, waardoor het materiaalgebruik wordt geminimaliseerd. Tegelijkertijd kan de combinatie van parametrisch ontwerp en generatieve ontwerptechnologie de structuur verder optimaliseren, zodat de stalen gietstukken niet alleen voldoen aan de sterkte-eisen, maar zich ook aanpassen aan de beperkingen van het productieproces.