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構架是轉向架的主體，是連接轉向架其它部分的骨架，它不僅承受車體上部所有設備的重量，而且承受和傳遞車輛在運行中產(chǎn)生的各種不同方向和隨機運行中經(jīng)常變化的動作用力。影響高速列車運行安全的是形形色色失效帶來的結構可靠性，機車車輛的主要結構疲勞問題出現(xiàn)在轉向架構架上。因此，構架必須要具有足夠的強度和剛度，以保證車輛服役時的安全性和可靠性，需要對其進行詳細的有限元分析。
以某型高速動車組轉向架構架為研究對象，構架的實體模型如圖所示。構架采用H型焊接結構，由側梁、橫梁、縱向連接梁、空氣彈簧支撐梁及其它焊接附件組成。構架的主要承載構件采用耐候鋼，材料性能參數(shù)如表。通常按照“保證計算精度的前提下，盡可能減小計算規(guī)模”的原則建立有限元模型。對構架模型進行離散，建立構架的有限元模型，如圖所示，得到490659個節(jié)點，168453個單元。構架的主動施力部位添加載荷，在構架的被動受力部位添加約束。在構架的一系彈簧座處添加固定約束，載荷根據(jù)規(guī)定要求分別添加，包括構架上部載荷及各吊座處的懸吊載荷。
作用于構架上的載荷主要包括垂向載荷、橫向載荷、扭曲載荷、制動載荷和縱向載荷。按照《暫規(guī)》要求，計算超常工況和模擬運營工況的載荷值。超常載荷是運用中可能發(fā)生的最大載荷，在車輛的使用壽命中出現(xiàn)次數(shù)極少。超常工況下的載荷計算值如表所列。模擬運營載荷是實際運營中經(jīng)常發(fā)生的載荷，出現(xiàn)極為頻繁，它為轉向架構架的疲勞分析與疲勞試驗提供了準靜態(tài)和動態(tài)載荷值。模擬運營工況的載荷計算值如表所列。
超常工況各載荷單獨作用下構架的應力如圖所示。超常工況下構架的最大應力為183MPa，位于空氣彈簧座下蓋板與側梁連接處，小于材料的屈服極限，不會產(chǎn)生永久塑性變形，滿足規(guī)定要求。模擬運營工況1,10,11,12下構架的應力如圖所示。工況11下，構架的最大應力為190MPa位置處于空氣彈簧支撐梁下蓋板與側梁側板連接處，小于材料的需用應力，不會產(chǎn)生塑性變形，滿足要求。
根據(jù)模擬運營工況下構架的應力云圖，選取應力較大位置作為疲勞校核點，校核點的應力情況如表所列。利用Goodman-Smith疲勞極限圖對構架的四個關鍵位置進行校核，校核結果如圖所示，校核點的應力全部位于包絡線內部，滿足疲勞強度要求。
以某型動車組構架為研究對象，參考《暫規(guī)》標準，對構架的強度進行了校核。(1)在超常工況下，構架的應力小于材料的屈服極限，不會產(chǎn)生永久塑性變形。(2)根據(jù)模擬運營工況下計算的應力結果，對構架的關鍵位置進行了疲勞校核，校核點的應力全部位于疲勞極限圖內部，滿足疲勞強度要求。
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