對客車空氣彈簧支座的改進研究

空氣彈簧支座作為承載客車空氣彈簧的主要支撐部件，承受地面傳遞的垂向載荷，必須具有足夠的強度和剛度。在傳統設計中，對該零件結構的設計通常集中在對結構材料布局的靜力分析，基於設計人員的經驗和判斷，對設計方案進行分析、校核與改進，具有一定的盲目性，造成資源浪費。南通正道基於此問題對空氣彈簧支座提出一種改進方案。

結構拓補優化能在工程結構設計初始階段為設計者提供一個概念設計。拓補優化技術是一種數學方法，通過提出優化的數學模型，進行結構分析、優化設計、再分析、再優化，最終滿足收斂條件，在給定空間結構中生成優化的形狀和材料分布，使結構以最少材料和最低造價實現最佳性能，即給空氣彈簧支座提供最佳性能。

我們首先通過對客車進行 CAE分析，發現其空氣彈簧支座結構承載部位邊界處應力明顯超出材料屈服極限，且局部連接處出現高應力集中。為改進結構設計、消除安全隱患、實現結構輕量化，將連續體結構拓撲優化理論應用於客車空氣彈簧支座的改進設計，基於變密度法建立支座拓撲優化模型，以設計區域體積分數作為變數，以柔度最小為目標函數，在右輪懸空最危險工況下進行優化分析。參考拓撲優化結果，對塞焊孔部位進行改進設計，提出空氣彈簧支座的全新改進模型。

通過對現有空氣彈簧支座結構進行拓撲優化，在保證強度、剛度前提下減輕了結構質量；對塞焊孔等局部結構進行改進，避免焊接部位應力集中，提高結構使用壽命和可靠性，簡化製造工藝，減輕結構質量。

空氣彈簧支座局部分析與整車分析只有很小偏差，且應力分布規律比較接近，優化結果對實際工程生產具有指導意義。（本文章來自於南通正道，未經允許，請勿轉載。）

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