Wie kann das Gewicht von Stahlgussteilen, die in Fahrgestellsystemen von Zügen verwendet werden, durch Designoptimierung reduziert und gleichzeitig eine ausreichende strukturelle Festigkeit sichergestellt werden?

Das Gewicht der schweren Stahlgussteile des Fahrgestellsystems des Zuges hat einen gewissen Einfluss auf die Geschwindigkeit des gesamten Zuges. Es ist eine komplexe und wichtige Aufgabe, das Gewicht von Train Casting Steel Parts zu reduzieren und gleichzeitig eine ausreichende strukturelle Festigkeit sicherzustellen. Dies erfordert umfassende Überlegungen und Innovationen in vielen Aspekten wie Materialauswahl, Strukturdesign, Herstellungsprozess und Leistungsbewertung.

Die Materialauswahl ist ein entscheidender Schritt bei der Designoptimierung. Obwohl Gussstahlwerkstoffe für ihre hohe Festigkeit und gute Zähigkeit bekannt sind, weisen verschiedene Stahllegierungen unterschiedliche Leistungseigenschaften auf. Durch die Wahl von hochfestem niedriglegiertem Stahl (HSLA) oder ultrahochfestem Stahl kann die Menge des verwendeten Materials ohne Einbußen bei der strukturellen Festigkeit reduziert und so das Gewicht reduziert werden. Diese Materialien weisen typischerweise eine höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit auf, sodass Konstrukteure die Wandstärke der Teile reduzieren und gleichzeitig die Festigkeit beibehalten können. Darüber hinaus können durch sinnvolle Konstruktion auch neue Legierungen wie Titanlegierungen und Aluminiumlegierungen in Zugfahrgestellen eingesetzt werden. Diese Materialien haben ein geringeres Gewicht und gute mechanische Eigenschaften.

Zweitens kann das Gewicht des Produkts durch konstruktive Gestaltung optimiert werden. Durch den Einsatz moderner computergestützter Konstruktion (CAD) und Finite-Elemente-Analyse (FEA) kann eine detaillierte Spannungs- und Dehnungsanalyse von Stahlgussteilen durchgeführt werden, um Bereiche mit hoher und geringer Spannung zu identifizieren. . Basierend auf den Analyseergebnissen können die überflüssigen Teile des Materials entfernt werden, ohne die Festigkeit der Gesamtstruktur zu beeinträchtigen. Beispielsweise kann durch das Einbringen von Hohlräumen in spannungsarmen Bereichen oder den Einsatz einer Wabenstruktur der Materialeinsatz effektiv reduziert werden, ohne die Gesamtsteifigkeit der Struktur zu beeinträchtigen. Darüber hinaus sorgt die Optimierung des Lastübertragungspfads durch eine sinnvolle geometrische Formgestaltung für eine gleichmäßigere Spannungsverteilung und vermeidet Spannungskonzentrationen, wodurch weniger Material zur Aufnahme der gleichen Last verwendet werden kann.

Auch die Topologieoptimierung ist eine sehr effektive Entwurfsmethode, mit der sich die optimale Strukturform und Materialverteilung unter gegebenen Materialien und Randbedingungen berechnen lässt. Durch Topologieoptimierung können Designer das beste Gleichgewicht zwischen Gewicht und Festigkeit finden und den Materialverbrauch minimieren. Gleichzeitig kann die Kombination aus parametrischem Design und generativer Designtechnologie die Struktur weiter optimieren, sodass die Stahlgussteile nicht nur die Festigkeitsanforderungen erfüllen, sondern sich auch an die Einschränkungen des Herstellungsprozesses anpassen.