Ako znížiť hmotnosť oceľových odliatkov používaných v systémoch podvozkov vlakov prostredníctvom optimalizácie konštrukcie pri zabezpečení dostatočnej konštrukčnej pevnosti?

Hmotnosť ťažkých oceľových odliatkov systému podvozku vlaku má určitý vplyv na rýchlosť celého vlaku. Ako znížiť hmotnosť oceľových dielov na odlievanie vlakov a zároveň zabezpečiť dostatočnú štrukturálnu pevnosť je zložitá a dôležitá úloha. To si vyžaduje komplexné zváženie a inovácie v mnohých aspektoch, ako je výber materiálu, konštrukčný návrh, výrobný proces a hodnotenie výkonu.

Výber materiálu je kritickým krokom pri optimalizácii dizajnu. Hoci materiály z liatej ocele sú známe svojou vysokou pevnosťou a dobrou húževnatosťou, rôzne zliatiny ocele majú rôzne výkonové charakteristiky. Výberom vysokopevnostnej nízkolegovanej ocele (HSLA) alebo ultravysokopevnej ocele možno znížiť množstvo použitého materiálu bez obetovania konštrukčnej pevnosti, čím sa zníži hmotnosť. Tieto materiály majú zvyčajne vyššiu medzu klzu a pevnosti v ťahu, čo umožňuje konštruktérom znížiť hrúbku steny dielu pri zachovaní pevnosti. Navyše nové zliatiny, ako sú zliatiny titánu a hliníkové zliatiny, môžu byť tiež použité v podvozkoch vlakov vďaka rozumnému dizajnu. Tieto materiály majú nižšiu hmotnosť a dobré mechanické vlastnosti.

Po druhé, hmotnosť produktu môže byť optimalizovaná prostredníctvom konštrukčného návrhu. Pomocou moderného počítačového dizajnu (CAD) a technológie analýzy konečných prvkov (FEA) je možné vykonať podrobnú analýzu napätia a deformácie oceľových odliatkov na identifikáciu oblastí s vysokým a nízkym namáhaním. . Na základe výsledkov analýzy je možné nadbytočné časti materiálu odstrániť bez ovplyvnenia pevnosti celkovej konštrukcie. Napríklad pridaním dutín v oblastiach s nízkym namáhaním alebo použitím voštinovej štruktúry možno efektívne znížiť množstvo použitého materiálu bez ovplyvnenia celkovej tuhosti konštrukcie. Okrem toho optimalizácia dráhy prenosu zaťaženia prostredníctvom rozumného dizajnu geometrického tvaru robí rozloženie napätia rovnomernejším a zabraňuje koncentrácii napätia, čím umožňuje použitie menšieho množstva materiálu na znášanie rovnakého zaťaženia.

Optimalizácia topológie je tiež veľmi efektívna metóda návrhu, ktorá dokáže vypočítať optimálny tvar konštrukcie a rozloženie materiálu za daných materiálov a okrajových podmienok. Prostredníctvom optimalizácie topológie môžu dizajnéri nájsť najlepšiu rovnováhu medzi hmotnosťou a pevnosťou, čím sa minimalizuje spotreba materiálu. Kombinácia parametrického dizajnu a technológie generatívneho dizajnu zároveň dokáže ďalej optimalizovať štruktúru, takže oceľové odliatky nielen spĺňajú požiadavky na pevnosť, ale prispôsobujú sa aj obmedzeniam výrobného procesu.