Kako smanjiti težinu čeličnih odljevaka koji se koriste u sustavima šasija vlakova kroz optimizaciju dizajna uz osiguravanje dovoljne čvrstoće konstrukcije?

Težina teških čeličnih odljevaka sustava šasije vlaka ima određeni utjecaj na brzinu cjelokupnog vlaka. Kako smanjiti težinu čeličnih dijelova od lijevanog vlaka uz osiguravanje dovoljne čvrstoće konstrukcije složen je i važan zadatak. To zahtijeva sveobuhvatno razmatranje i inovaciju u mnogim aspektima kao što su odabir materijala, konstrukcijski dizajn, proces proizvodnje i procjena učinka.

Odabir materijala kritičan je korak u optimizaciji dizajna. Iako su materijali od lijevanog čelika poznati po svojoj visokoj čvrstoći i dobroj žilavosti, različite legure čelika imaju različite karakteristike. Odabirom niskolegiranog čelika visoke čvrstoće (HSLA) ili čelika ultravisoke čvrstoće, količina upotrijebljenog materijala može se smanjiti bez žrtvovanja čvrstoće konstrukcije, čime se smanjuje težina. Ovi materijali obično imaju veću čvrstoću tečenja i vlačnu čvrstoću, što omogućuje dizajnerima da smanje debljinu stijenke dijela uz zadržavanje čvrstoće. Osim toga, nove legure kao što su legure titana i legure aluminija također se mogu koristiti u šasijama vlakova putem razumnog dizajna. Ovi materijali imaju manju težinu i dobra mehanička svojstva.

Drugo, težina proizvoda može se optimizirati strukturnim dizajnom. Korištenjem suvremenog računalno potpomognutog dizajna (CAD) i tehnologije analize konačnih elemenata (FEA), može se provesti detaljna analiza naprezanja i deformacija čeličnih odljevaka kako bi se identificirala područja visokog i niskog naprezanja. . Na temelju rezultata analize, suvišni dijelovi materijala mogu se ukloniti bez utjecaja na čvrstoću cjelokupne konstrukcije. Na primjer, dodavanjem šupljina u područjima niskog naprezanja ili korištenjem saćaste strukture, količina upotrijebljenog materijala može se učinkovito smanjiti bez utjecaja na ukupnu krutost strukture. Osim toga, optimiziranje puta prijenosa opterećenja, kroz razuman dizajn geometrijskog oblika, čini distribuciju naprezanja ravnomjernijom i izbjegava koncentraciju naprezanja, čime se omogućuje korištenje manje materijala za podnošenje istog opterećenja.

Optimizacija topologije također je vrlo učinkovita metoda projektiranja koja može izračunati optimalni strukturni oblik i raspodjelu materijala pod zadanim materijalima i rubnim uvjetima. Kroz optimizaciju topologije, dizajneri mogu pronaći najbolju ravnotežu između težine i snage, minimizirajući upotrebu materijala. U isto vrijeme, kombinacija parametarskog dizajna i tehnologije generativnog dizajna može dodatno optimizirati strukturu, tako da čelični odljevci ne samo da ispunjavaju zahtjeve čvrstoće, već se i prilagođavaju ograničenjima proizvodnog procesa.