车轮是铁道机车车辆的关键承载部件，其疲劳失效会带来灾难性的后果。自1998年6月德国ICE高速列车在Eschede发生事故以来，车轮疲劳失效的研究受到了前所未有的重视。随着列车的运行速度和载重量的不断提高，会使轮轨动作用力不断加大，作为高速列车关键承载部件的车轮所承受的工作载荷也会显著增加。近年来，提速列车、准高速列车和高速列车车轮疲劳破坏时有发生，为列车的安全运行留下了隐患。寻找另外一种有效的工程计算方法，为确保车轮结构设计和强度分析满足工程应用的要求，具有十分重要的意义，本研究以我国270km/h轮对空心轴式高速动力车车轮为例，探讨高速列车车轮强度分析的工程计算方法。
      车轮结构具有较为复杂的几何形状，用传统的弹性力学计算方法难以得出计算精度较高的解，随着有限元法和数值计算方法的不断发展，应用有限元分析计算法(FEM)对车轮强度进行分析得到推广。对于轴对称结构的车轮，采用ANSYS有限元软件提供的轴对称单元进行计算，此类单元可承受非轴对称载荷;对于非轴对称结构的车轮，采用三维8节点或20节点六面体实体单元或10节点四面体单元建立有限计算模型，如图所示。
      车轮在工作寿命期间会出现踏面磨耗、表面剥离和表面擦伤等破坏，当其达到一定的程度时就需进行旋轮处理，直到车轮踏面几何尺寸达到设计的极限状态(磨耗到限)，该车轮的使用周期完成。因此，磨耗到限车轮的应力水平高于新造车轮，在强度计算时，以车轮磨耗到限的几何尺寸作为计算的基础，以保证车轮在整个使用周期的安全性。
      轴盘制动和轮盘制动为高速动力车基础制的主要形式，在动力车运行过程中，车轮承担的主要载荷包括轮轨接触点作用力、轮轴过盈配合产生的力和车轮高速旋转产生的离心力。因此，根据国际铁路联盟和欧洲铁路联盟CEN的相关标准，将高速动力车车轮在线路运行中承担的载荷划分为4个载荷工况，车轮在上述载荷作用下，其应力分布呈三向变化应力状态，结构的强度评定分为静强度和疲劳强度。
      在车轮的每个载荷工况下，用有限元法计算车轮在上节确定的载荷绕车轮旋转180°的情况下的应力分布。对于轴对称结构，利用在轴对称单元上可施加按傅立叶级数展开的非轴对称载荷，分别计算和180°条件下的车轮应力分布，即可确定车轮的最大应力max和最小应力min，对于非轴对称结构，确定载荷绕车轮旋转180°的条件下的车轮应力分布，找出车轮的最大应力值。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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