轻量化设计技术在轨道交通拉杆部件产品研发中的应用.docxVIP

ABAQUS轻量化设计技术在轨道交通拉杆部件产品研发中的

应用

黄友剑,荣继纲,卜继玲

株洲时代新材料科技股份有限公司，株洲，412007

摘要：笨重的金属拉杆部件而轨道交通轻量化发展目标不符，课题提出拉杆部件实现轻量化设计技术的基

本方法，即轻量化设计的基本准则，轻量化设计的结构优化和轻量化材料的评判标准。分析与试验验证表

明，研发的这一款以塑代钢的拉杆产品，采用轻量化的聚酰胺PA66特种配方材料，产品减重25%，比强度

提高40%，而疲劳特性与原产品基本保证一致。

关键词：轻量化设计，以塑代钢，比强度，拉杆部件

Applicationofweight-lighteningDesignTechnologyFrom

ABAQUSonResearchandDevelopmentofLinkDeviceinRail

Tranlation

HuangYoujian,RongJigang,bujiling

ZhuzhoutimesnewmaterialtechnologyCo.LTD,ZhuZhou,41200

Abstract:weightmetallinkdevicedoesnotcomplywiththedevelopmentofweight-lighteningin

railtransit.Inthispaper,abasicmethod,includingabasicprincipalandstructuraloptimization

forweight-lighteningdesignandthecriticalstandardforlightenedmaterial,isproposedfor

realizingtheweight-reducingdesigntechnologyoflinkdevice.Itindicatesbyanalysisandtest

thatthelinkdevicewiththesteelmaterialreplacedbyplasticadoptsalightenedpolyurethane

PA66material,theweightofwhichisreducedby25%,thespecificstrengthofwhichisimproved

by40%,andthefatiguepropertyofwhichisbasicallyconsistentwiththatoftheoriginalproduct.

Keyword:weight-lighteningdesign;steelreplacedbyplastic;specificstrength;linkdevice

前言

特性为研究目标，进行基于轻量化技术的工

程化应用的探讨。

轨道交通机车车辆上的拉杆部件，使用

的金属材料通常为42Cromn，整体来说，拉1轻量化设计技术的基本方法

杆产品在长期的使用过程中未出现包括强

1.1轻量化设计的强度准则

度及疲劳在内的质量问题，但是产品由金属

轨道车辆中的拉杆部件，典型的承载形

材料制成，整体显得笨重，而且这也与机车

式为拉伸压缩交变的疲劳载荷。当部件承受

车辆要求轻量化、高速化的发展趋势不吻合，

的拉伸压缩交变载荷为F时，对于承载面积基于此，特以轨道交通机车车辆上使用的某

为A的拉杆部件，其最大应力可根据平均应

款拉杆部件为对象，对涉及轻量化技术的基

本设计准则，结构优化方法及轻量化的材料

力

?与应力集中系数K获得：

averageL

F

?KL???

??K

max（1）

averageL

A

1.2轻量化设计的优化目标结构

根据第一强度理论，当材料的最大应力

达到材料的强度极限时，材料即发生断裂失

对于拉杆结构，为实现产品轻量化的设

效。根据材料力学的基本知识，材料的许用

计目标，采用结构优化设计方法的基本措施

应力是极限应力与安全因子的乘积，因此强

是，将低应力区域的材料掏空的同时，将高

度设计时，部件所允许承受的极限应力应该

应力区域的材料进行补强。而拉杆横截面的

等于小于材料的极限强度与安全因子只比，

基本形状通常为圆形或者矩形，因此，为充

即：

分利用材料，应尽可能把材料置放到离中性

?

??

b

max（2）

N

L

轴较远处，但对于圆形或矩形的截面，由于

在中性轴附近聚集了较多材料，使材料未能

充分发挥其承载作用，基于此，对于矩