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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生的各種不同方向和隨機運行中經常變化的動作用力。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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