4.3 整体模型的有限元分析

考虑到侧架分析模型的对称性，采用1/2 的侧架模型进行分析；采用四节点四面体单元，划分了174144 个单元，42670 个节点。在参考坐标系中建立几何模型、定义边界条件，而在分析坐标系中定义单元节点坐标、求解模型、显示结果。侧架A 区的Von Mises 应力图和x方向应力图分别见图5、图6。

由 图可知，侧架A 区弯角部的最大Von Mises 应力在204～221MPa 之间，x 方向最大应力在197～220MPa 之间，可见侧架A 区是由拉力和弯矩造成并以单向拉应力为主。这与实际运用中，侧架A 区弯角处的裂纹大多为横向裂纹（裂纹面与拉应力方向垂直）的统计情况十分吻合[1]。

4.4 A 区弯角部的有限元分析

在模型中截取感兴趣的区域建立子模型，子模型与整体模型中对应部分，在有限元坐标系中的位置须保证一致。

4.4.1 子模型的选取

为了更好分析A 区弯角处应力状态，对A 区弯角重新划分高质量网格后，进行单独有限元分析。截取子模型的三个切面（前切面、后切面、上切面）分别与分析坐标系中对应的坐标轴垂直，见图7。子模型的网格划分为74496 个单元，14666 个节点，见图8。

4.4.2 子模型的有限元分析

在PATRAN 环境中，建立global 组和local 组，分别存放侧架整体和A 区弯角部的模型与结果。标识各组中的单元和节点标号，以便分清整体模型和子模型的单元和节点标号。另外重新定义local 组中（子模型）3 个切面上节点的标号，建立section_nodes 组，存放3 个切面的节点，见图9。

由侧架整体模型global 组的计算结果，生成整体模型的节点位移矢量场，见图10。通过线性插值给子模型的3 个切面节点定义位移边界条件，见图11；并施加其它边界条件，然后定义材料和单元属性，单独对local 组进行有限元分析。

子模型的Von Mises 应力和x 方向应力见图12、图13，由图可知，子模型的最大Von Mises应力为210MPa，x 方向最大应力为209MPa，与原模型应力比较，两者的计算误差在1％左右，这也说明子模型的选取和分析结果的正确性。

5 结论

1、将子模型和变坐标系的有限元分析技术应用到侧架的有限元分析中，针对侧架A 区弯角部的结构和载荷特点，在参考坐标系的基础上，建立分析坐标系求解模型、显示结果，这为复杂结构局部区域的有限元分析提供了新思路。

2、由分析结果可见，侧架A 区是由拉力和弯矩造成并以单向拉应力为主。这与实际运用中，侧架A 区弯角处的裂纹大多为横向裂纹（裂纹面与拉应力方向垂直）的统计情况十分吻合。

参考文献
[1] 陈政南，转8A 型转向架摇枕、侧架疲劳裂纹统计分析及管理信息系统的研制，北方交通大学硕士学位论文，2002
[2] 陈雷，货车转8A 型摇枕、侧架安全性和经济性分析与使用寿命的研究，北方交通大学硕士学位论文，2002
[3] 朱伯芳.有限单元法原理与应用（第二版）.中国水利水电出版社.1998
[4] 邢鸿麟，转8A 铸钢摇枕侧架疲劳试验分析，铁道车辆，第36 卷第9 期，1998
[5] MSC.PATRAN Volume A，Theory and User Information，Version 2003，MSC.Software Corporation，USA，2003
[6] MSC.NASTRAN Volume A，Theory and User Information，Version 2003，MSC.Software Corporation，USA，2003