轨道扣件弹性垫板结构优化设计

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摘要： 采用OptiStruct对某型铁路扣件轨下垫板进行拓扑优化和自由形状优化，实现垫板结构轻量化设计.根据优化空间最大化原则，对垂向载荷工况进行拓扑优化、对极限载荷工况进行自由形状优化.使用Abaqus极限载荷扣件系统仿真模型对优化后垫板结构性能进行验证评价.结果表明：优化后的垫板性能基本不变，质量减少约10%，刚度满足设计要求.优化结果可为垫板轻量化设计提供参考.

关键词： 轨道； 弹性垫板； 轻量化设计； 结构优化； 拓扑优化； 自由形状优化

中图分类号： U213.532； TH122 文献标志码： B

0 引 言

随着我国铁路运输的发展，车辆轴重的增加对轨道结构的影响越来越突出，轮轨间的动态效应对轨下基础的破坏越来越明显，线路养护和维修更加频繁，轨道扣件弹性支撑层对轨道平顺性的保护也变得越来越重要.本文利用虚拟仿真技术，对某型铁路扣件轨下弹性垫板的结构进行优化研究，在保证垫板性能的前提下，通过对垫板结构的优化设计，改善垫板结构受力，减少垫板使用材料，提高安全效益和经济效益，为轨下垫板轻量化设计提供参考.

1 垫板有限元建模和静态特性分析

1.1 有限元模型建立

扣件系统由多个零部件组装而成，其作用是固定钢轨在正确位置，防止钢轨的横向和纵向位移，防止钢轨倾翻，提供适量的弹性并将钢轨所受的力传递给轨枕或道床承轨台.. Chinese Internal Combustion Engine Engineering， 2008， 29（6）： 55-59. DOI： 10.3969/j.issn.1000-0925.2008.06.013.

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