Jak zmniejszyć masę odlewów stalowych stosowanych w układach podwozi pociągów poprzez optymalizację konstrukcji przy jednoczesnym zapewnieniu wystarczającej wytrzymałości konstrukcyjnej?

Ciężar ciężkich odlewów stalowych układu podwozia pociągu ma pewien wpływ na prędkość całego pociągu. Jak zmniejszyć wagę części stalowych do odlewania pociągów, zapewniając jednocześnie wystarczającą wytrzymałość konstrukcyjną, jest złożonym i ważnym zadaniem. Wymaga to wszechstronnego rozważenia i innowacji w wielu aspektach, takich jak dobór materiałów, projekt konstrukcyjny, proces produkcyjny i ocena wydajności.

Wybór materiału jest kluczowym krokiem w optymalizacji projektu. Chociaż staliwa są znane ze swojej wysokiej wytrzymałości i dobrej wytrzymałości, różne stopy stali mają różne właściwości użytkowe. Wybierając wysokowytrzymałą stal niskostopową (HSLA) lub stal o ultrawysokiej wytrzymałości, można zmniejszyć ilość użytego materiału bez utraty wytrzymałości konstrukcyjnej, zmniejszając w ten sposób wagę. Materiały te zazwyczaj mają wyższą granicę plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie, co pozwala projektantom zmniejszyć grubość ścianki części przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości. Ponadto nowe stopy, takie jak stopy tytanu i stopy aluminium, można również stosować w podwoziach pociągów dzięki rozsądnemu projektowi. Materiały te mają mniejszą wagę i dobre właściwości mechaniczne.

Po drugie, wagę produktu można zoptymalizować poprzez projekt konstrukcyjny. Dzięki zastosowaniu nowoczesnej technologii projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) i analizy elementów skończonych (FEA), można przeprowadzić szczegółową analizę naprężeń i odkształceń odlewów stalowych w celu zidentyfikowania obszarów o dużych i niskich naprężeniach. . Na podstawie wyników analizy można usunąć zbędne części materiału bez wpływu na wytrzymałość całej konstrukcji. Na przykład, dodając wnęki w obszarach o niskim naprężeniu lub stosując strukturę plastra miodu, można skutecznie zmniejszyć ilość użytego materiału bez wpływu na ogólną sztywność konstrukcji. Ponadto optymalizacja ścieżki przenoszenia obciążenia poprzez rozsądną konstrukcję kształtu geometrycznego sprawia, że ​​rozkład naprężeń jest bardziej równomierny i pozwala uniknąć koncentracji naprężeń, umożliwiając w ten sposób użycie mniejszej ilości materiału do wytrzymania tego samego obciążenia.

Optymalizacja topologii jest również bardzo skuteczną metodą projektowania, która umożliwia obliczenie optymalnego kształtu konstrukcji i rozkładu materiałów przy danych materiałach i warunkach brzegowych. Dzięki optymalizacji topologii projektanci mogą znaleźć najlepszą równowagę pomiędzy wagą i wytrzymałością, minimalizując zużycie materiału. Jednocześnie połączenie projektowania parametrycznego i technologii projektowania generatywnego może jeszcze bardziej zoptymalizować konstrukcję, dzięki czemu odlewy stalowe nie tylko spełniają wymagania wytrzymałościowe, ale także dostosowują się do ograniczeń procesu produkcyjnego.