Jak snížit hmotnost ocelových odlitků používaných v systémech podvozků vlaků pomocí optimalizace návrhu při zajištění dostatečné konstrukční pevnosti?

Hmotnost těžkých ocelových odlitků systému podvozku vlaku má určitý vliv na rychlost celého vlaku. Jak snížit hmotnost Train Casting Steel Parts a zároveň zajistit dostatečnou strukturální pevnost je složitý a důležitý úkol. To vyžaduje komplexní zvážení a inovace v mnoha aspektech, jako je výběr materiálu, konstrukční návrh, výrobní proces a hodnocení výkonu.

Výběr materiálu je kritickým krokem při optimalizaci návrhu. Přestože materiály z lité oceli jsou známé svou vysokou pevností a dobrou houževnatostí, různé slitiny oceli mají různé výkonnostní charakteristiky. Výběrem vysokopevnostní nízkolegované oceli (HSLA) nebo ultravysokopevnostní oceli lze snížit množství použitého materiálu bez obětování strukturální pevnosti, a tím snížit hmotnost. Tyto materiály mají obvykle vyšší mez průtažnosti a pevnosti v tahu, což umožňuje konstruktérům snížit tloušťku stěny součásti při zachování pevnosti. Kromě toho mohou být nové slitiny, jako jsou slitiny titanu a hliníkové slitiny, také použity v podvozku vlaků díky rozumné konstrukci. Tyto materiály mají nižší hmotnost a dobré mechanické vlastnosti.

Za druhé, hmotnost výrobku může být optimalizována pomocí konstrukčního návrhu. Pomocí moderního počítačově podporovaného navrhování (CAD) a technologie analýzy konečných prvků (FEA) lze provádět podrobnou analýzu napětí a deformace ocelových odlitků pro identifikaci oblastí s vysokým a nízkým napětím. . Na základě výsledků analýzy lze přebytečné části materiálu odstranit bez ovlivnění pevnosti celkové konstrukce. Například přidáním dutin v oblastech s nízkým namáháním nebo použitím voštinové struktury lze účinně snížit množství použitého materiálu, aniž by to ovlivnilo celkovou tuhost konstrukce. Kromě toho optimalizace dráhy přenosu zatížení prostřednictvím rozumného geometrického tvaru umožňuje rovnoměrnější rozložení napětí a zabraňuje koncentraci napětí, což umožňuje použití menšího množství materiálu pro unesení stejného zatížení.

Optimalizace topologie je také velmi efektivní návrhová metoda, která dokáže vypočítat optimální tvar konstrukce a rozložení materiálu za daných materiálů a okrajových podmínek. Prostřednictvím optimalizace topologie mohou návrháři najít nejlepší rovnováhu mezi hmotností a pevností a minimalizovat spotřebu materiálu. Kombinace parametrického navrhování a technologie generativního navrhování zároveň může dále optimalizovat strukturu, takže ocelové odlitky splňují nejen požadavky na pevnost, ale také se přizpůsobují omezením výrobního procesu.