一種花鍵聯(lián)接抗側(cè)滾扭桿網(wǎng)格劃分方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高速動車組、客車等的抗側(cè)滾扭桿設(shè)計技術(shù)，具體涉及一種花鍵聯(lián)接抗側(cè)滾扭桿網(wǎng)格劃分方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高速動車組、客車等均采用了空氣彈簧開改善車輛垂向振動性能，使車體側(cè)滾振動的角剛度變得相對柔軟，但這也使運行中車體的側(cè)傾角角位移增大，帶來嚴重的安全隱患。為此國內(nèi)外高速客車轉(zhuǎn)向架都在采用空氣彈簧的同時設(shè)置有抗側(cè)滾扭桿。抗側(cè)滾扭桿由扭桿軸、扭轉(zhuǎn)臂組成，其中扭桿軸是主要受力部件。車體側(cè)滾時，水平放置的兩個扭轉(zhuǎn)臂對于扭桿分別有一個相互反向的力與力矩的作用，使彈性扭桿承受扭矩而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)彈性變形，與車體產(chǎn)生側(cè)滾角角位移的方向相反，以約束車體的側(cè)滾振動。扭桿軸與扭轉(zhuǎn)臂的聯(lián)接方式主要有過盈聯(lián)接與花鍵聯(lián)接。過盈聯(lián)接一般采用溫差的方法一次成型，工藝簡單可靠，但不易拆卸，影響運營維護維修效率;花鍵聯(lián)接一般由內(nèi)花鍵和外花鍵組成，常應(yīng)用于傳遞較大的轉(zhuǎn)矩和定心精度要求高的靜聯(lián)接和動聯(lián)接，采用花鍵聯(lián)接則可以拆卸替換，并且能更好地傳遞力矩。
[0003]目前在抗側(cè)滾扭桿設(shè)計階段，都會利用有限元分析技術(shù)進行強度校核和疲勞校核。但是目前對抗側(cè)滾扭桿進行有限元分析時，一般存在下述缺點:(I)刪除花鍵特征，使扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂之間采用光滑面聯(lián)接，但分析精度降低，尤其是不能分析花鍵齒及退刀槽處的應(yīng)力分布，而花鍵齒和花鍵退刀槽是花鍵聯(lián)接抗側(cè)滾扭桿應(yīng)力集中的部位。(II)由于扭桿軸和扭轉(zhuǎn)臂上存在花鍵齒和退刀槽復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征，一般采用四面體網(wǎng)格C3D4(四面體一次單元)進行劃分。由于花鍵齒對接觸面多，收斂性很差。(III)為了得到較為準確的結(jié)果、提高分析精度，劃分四面體網(wǎng)格C3D4時盡量劃分較細的網(wǎng)格、對網(wǎng)格進行細分，網(wǎng)格單元尺寸小，抗側(cè)滾扭桿結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)量大，使結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格數(shù)量增加，造成網(wǎng)格數(shù)量大、計算效率低、分析求解時間變長，有限元分析效率降低。因此，如何對花鍵聯(lián)接的抗側(cè)滾扭桿進行網(wǎng)格劃分，確保有限元分析的正常收斂，提高求解速度，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題:針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種能夠確保有限元分析的正常收斂、求解速度快的花鍵聯(lián)接抗側(cè)滾扭桿網(wǎng)格劃分方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種花鍵聯(lián)接抗側(cè)滾扭桿網(wǎng)格劃分方法，其特征在于步驟包括:
1)將花鍵聯(lián)接抗側(cè)滾扭桿對稱切割，保留1/2結(jié)構(gòu)用于網(wǎng)格劃分；
2)將保留的1/2結(jié)構(gòu)沿著中心軸對扭桿軸進行切割，取出1/N結(jié)構(gòu)用于網(wǎng)絡(luò)劃分，保留扭桿軸花鍵齒和退刀槽的結(jié)構(gòu)特征，其中N為扭桿軸花鍵齒的數(shù)量；
3)將取出的1/N結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)特征切割為指定數(shù)量的子塊，突出扭桿軸花鍵齒和退刀槽的結(jié)構(gòu)特征； 4)在扭桿軸花鍵齒截面上布置指定的矩陣網(wǎng)格單元、將其余截面區(qū)域上的網(wǎng)格沿徑向?qū)⒕W(wǎng)格尺寸自由放大使網(wǎng)格數(shù)量減少；
5)將各個子塊上網(wǎng)格沿著軸上采用Mapping的方式進行劃分，且采用的網(wǎng)格為六面體網(wǎng)格C3D8R或四面體網(wǎng)格C3D10，將遠離花鍵齒和退刀槽特征部位的網(wǎng)格尺寸進行自由比例放大；
6)沿著扭桿軸的中心軸將網(wǎng)格復(fù)制旋轉(zhuǎn)至90度，得到扭桿軸的1/4網(wǎng)格模型;繼續(xù)沿著扭桿軸的中心軸將網(wǎng)格復(fù)制旋轉(zhuǎn)至360度，完成扭桿軸的全部網(wǎng)格劃分；
7)對扭轉(zhuǎn)臂進行切割，突出扭轉(zhuǎn)臂花鍵齒的結(jié)構(gòu)特征，并切割出任意一扭轉(zhuǎn)臂花鍵齒的局部特征；
8)在切割出扭轉(zhuǎn)臂花鍵齒的扭轉(zhuǎn)臂花鍵齒截面上布置指定的矩陣網(wǎng)格單元，其他截面共布置8個網(wǎng)格；
9)基于扭桿臂沿軸向網(wǎng)格數(shù)量與扭桿軸網(wǎng)格數(shù)量一致的原則，采用Mapping的方式進行劃分，使花鍵齒對之間的網(wǎng)格實現(xiàn)共節(jié)點；
10)將遠離扭轉(zhuǎn)臂花鍵齒部位的網(wǎng)格進行自由放大，采用四面體網(wǎng)格C3D10對扭轉(zhuǎn)臂的其他部位進行劃分；
11)刪除所有面網(wǎng)格，采用Reflect方式實現(xiàn)花鍵聯(lián)接抗側(cè)滾扭桿的全部網(wǎng)格劃分。
[0006]優(yōu)選地，所述步驟4)中的指定的矩陣網(wǎng)格單元具體是指3*3個單元。
[0007]優(yōu)選地，所述步驟8)中的指定的矩陣網(wǎng)格單元具體是指3*3個單元。
[0008]本發(fā)明花鍵聯(lián)接抗側(cè)滾扭桿網(wǎng)格劃分方法具有下述優(yōu)點:本發(fā)明通過將花鍵聯(lián)接抗側(cè)滾扭桿對稱切割、針對扭桿軸、扭桿臂進行全部網(wǎng)格劃分、采用Mapping的方式進行劃分，使花鍵齒對之間的網(wǎng)格實現(xiàn)共節(jié)點，提高有限元分析收斂性;完整的保留抗側(cè)滾扭桿花鍵齒和花鍵退刀槽結(jié)構(gòu)特征，對花鍵齒部位采用六面體C3D8R網(wǎng)格劃分，提高有限元分析精度;采用六面體網(wǎng)格C3D8R或四面體網(wǎng)格C3D10對扭桿的其他部位進行劃分，遠離花鍵齒部位的網(wǎng)格進行自由放大，提高有限元求解速度;刪除所有面網(wǎng)格，采用Reflect方式實現(xiàn)花鍵聯(lián)接抗側(cè)滾扭桿的全部網(wǎng)格劃分，并實現(xiàn)網(wǎng)格共節(jié)點，提高有限元分析收斂性，對抗側(cè)滾扭桿其他部位(除花鍵齒區(qū)域)的網(wǎng)格尺寸采用逐漸放大的方法，降低抗側(cè)滾扭桿網(wǎng)格數(shù)量，提高分析速度，具有能夠確保有限元分析的正常收斂、求解速度快的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明實施例方法的基本流程示意圖。
[0010]圖2是本發(fā)明實施例的花鍵聯(lián)接抗側(cè)滾扭桿的軸對稱圖；
圖3是本發(fā)明實施例的扭桿軸結(jié)構(gòu)切割示意圖；
圖4是本發(fā)明實施例的扭桿軸花鍵齒沿徑向切割示意圖；
圖5是本發(fā)明實施例的扭桿軸花鍵齒截面的徑向面網(wǎng)格布置示意圖；
圖6是本發(fā)明實施例的扭桿軸花鍵齒軸向網(wǎng)格布置示意圖；
圖7是本發(fā)明實施例的扭桿軸1/4網(wǎng)格模型；
圖8是本發(fā)明實施例的扭桿軸網(wǎng)格模型；
圖9是本發(fā)明實施例的扭轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)切割示意圖；
圖10是本發(fā)明實施例的扭轉(zhuǎn)臂花鍵齒截面的徑向面網(wǎng)格布置示意圖； 圖11是本發(fā)明實施例的扭轉(zhuǎn)臂花鍵齒軸向網(wǎng)格布置示意圖；
圖12是本發(fā)明實施例的扭轉(zhuǎn)臂網(wǎng)格模型；
圖13是本發(fā)明實施例的花鍵聯(lián)接抗側(cè)