Come ridurre il peso dei getti di acciaio utilizzati nei sistemi di telaio dei treni attraverso l'ottimizzazione della progettazione garantendo al tempo stesso una resistenza strutturale sufficiente?

Il peso delle pesanti fusioni in acciaio del sistema di telaio del treno ha un certo impatto sulla velocità dell'intero treno. Come ridurre il peso delle parti in acciaio per colata di treni garantendo allo stesso tempo una resistenza strutturale sufficiente è un compito complesso e importante. Ciò richiede una considerazione globale e innovazione in molti aspetti come la selezione dei materiali, la progettazione strutturale, il processo di produzione e la valutazione delle prestazioni.

La selezione dei materiali è un passaggio fondamentale nell'ottimizzazione del progetto. Sebbene i materiali di acciaio fuso siano noti per la loro elevata resistenza e buona tenacità, le diverse leghe di acciaio hanno caratteristiche prestazionali diverse. Scegliendo l'acciaio ad alta resistenza bassolegato (HSLA) o l'acciaio ad altissima resistenza, la quantità di materiale utilizzato può essere ridotta senza sacrificare la resistenza strutturale, riducendo così il peso. Questi materiali in genere hanno snervamento e resistenza alla trazione più elevati, consentendo ai progettisti di ridurre lo spessore della parete della parte mantenendo la resistenza. Inoltre, nuove leghe come le leghe di titanio e le leghe di alluminio possono essere utilizzate anche nei telai dei treni attraverso una progettazione ragionevole. Questi materiali hanno un peso più leggero e buone proprietà meccaniche.

In secondo luogo, il peso del prodotto può essere ottimizzato attraverso la progettazione strutturale. Utilizzando la moderna tecnologia di progettazione assistita da computer (CAD) e di analisi degli elementi finiti (FEA), è possibile eseguire analisi dettagliate di sollecitazione e deformazione dei getti di acciaio per identificare le aree ad alto stress e le aree a basso stress. . Sulla base dei risultati dell'analisi, le parti ridondanti del materiale possono essere rimosse senza compromettere la resistenza della struttura complessiva. Ad esempio, aggiungendo cavità in aree a bassa sollecitazione o utilizzando una struttura a nido d'ape, la quantità di materiale utilizzato può essere effettivamente ridotta senza compromettere la rigidità complessiva della struttura. Inoltre, l'ottimizzazione del percorso di trasferimento del carico, attraverso una ragionevole progettazione della forma geometrica, rende la distribuzione delle sollecitazioni più uniforme ed evita la concentrazione delle sollecitazioni, consentendo così l'utilizzo di meno materiale per sopportare lo stesso carico.

L'ottimizzazione della topologia è anche un metodo di progettazione molto efficace in grado di calcolare la forma strutturale ottimale e la distribuzione dei materiali in determinati materiali e condizioni al contorno. Attraverso l'ottimizzazione della topologia, i progettisti possono trovare il miglior equilibrio tra peso e resistenza, riducendo al minimo l'utilizzo dei materiali. Allo stesso tempo, la combinazione di progettazione parametrica e tecnologia di progettazione generativa può ottimizzare ulteriormente la struttura, in modo che le fusioni in acciaio non solo soddisfino i requisiti di resistenza, ma si adattino anche ai limiti del processo di produzione.