基于开源软件的转向架强度分析系统开发

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有限元分析软件是机车车辆承载结构强度计算和校核的主要工具,以ANSYS为代表的商业有限元分析软件在铁道车辆强度分析领域占据主导地位。在各种CAD/CAE商业软件面临禁用或禁售背景下,开发自主可控的铁道车辆强度分析软件具有重要意义。本文开发一套基于开源软件的转向架强度分析系统,系统以开源软件Free CAD为前处理模块,在该模块上分别集成求解器Code-Aster和后处理模块Para View。转向架强度分析系统主要包括前处理、求解和后处理三大模块。根据评定标准,开发出自动校核构架强度的功能。通过集成计算性能更强的求解器和可视化能力更全面的模块,使得原有基础平台在计算复杂模型的能力上得到了很大提升。利用Py Qt界面布局重新定制,将三大模块成功结合在一起,在不脱离原有平台的条件下实现构架的有限元仿真分析。本文首先讨论了前处理模块的模型构建能力、边界条件加载、材料加载及网格划分算法等基本功能的便利性与准确性,特别是针对三维模型处理能力和Netgen网格算法划分方法的准确性进行探讨。其次对比求解器Code-Aster相较于ANSYS求解器在计算效率和中间文件处理上的优缺点。然后通过后处理软件Para View将仿真数据在图形界面可视化。最后在数据交互能力方面也将开源软件同传统的商业软件进行对比,结果表明开源类软件同样拥有很好的数据和文件交互能力。为了验证所开发系统的有效性和可用性,本文选用CRH380B动车组构架作为案例进行验证,在仿真流程中分别对前处理模块、求解模块和后处理模块进行了验证。根据UIC615-4标准对构架静强度分析结果进行评定,并在相同工况下利用商业软件ANSYS进行静强度计算,对比两种方案相同工况下构架应力云图中最大应力出现的位置及大小。应力云图对比中最大应力的位置相同且最大应力相对误差值均小于6%,基本满足构架在强度计算和校核方面的需求。
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