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열차 섀시 시스템의 무거운 강철 주물의 무게는 전체 열차의 속도에 일정한 영향을 미칩니다. 충분한 구조적 강도를 보장하면서 열차 주조 강철 부품의 무게를 줄이는 방법은 복잡하고 중요한 작업입니다. 이를 위해서는 재료 선택, 구조 설계, 제조 공정, 성능 평가 등 여러 측면에서 종합적인 고려와 혁신이 필요합니다.
재료 선택은 설계 최적화에서 중요한 단계입니다. 주강 소재는 강도가 높고 인성이 우수한 것으로 알려져 있지만, 합금강마다 성능 특성이 다릅니다. 고강도 저합금강(HSLA)이나 초고장력강을 선택하면 구조적 강도를 저하시키지 않고 재료 사용량을 줄여 무게를 줄일 수 있습니다. 이러한 재료는 일반적으로 더 높은 항복 강도와 인장 강도를 가지므로 설계자는 강도를 유지하면서 부품 벽 두께를 줄일 수 있습니다. 또한, 합리적인 설계를 통해 티타늄 합금, 알루미늄 합금 등의 신합금도 열차 섀시에 사용할 수 있습니다. 이 소재는 무게가 가볍고 기계적 특성이 우수합니다.
둘째, 구조설계를 통해 제품의 무게를 최적화할 수 있다. 최신 CAD(컴퓨터 지원 설계) 및 FEA(유한 요소 분석) 기술을 사용하면 강철 주물의 상세한 응력 및 변형률 분석을 수행하여 응력이 높은 영역과 낮은 영역을 식별할 수 있습니다. . 해석 결과를 바탕으로 전체 구조의 강도에 영향을 주지 않고 재료의 불필요한 부분을 제거할 수 있습니다. 예를 들어, 응력이 낮은 영역에 공동을 추가하거나 벌집 구조를 사용하면 구조의 전체 강성에 영향을 주지 않고 사용되는 재료의 양을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 또한, 합리적인 기하학적 형상 설계를 통해 하중 전달 경로를 최적화하면 응력 분포가 더욱 균일해지고 응력 집중이 방지되므로 동일한 하중을 견디는 데 더 적은 재료를 사용할 수 있습니다.
토폴로지 최적화는 주어진 재료와 경계조건 하에서 최적의 구조 형상과 재료 분포를 계산할 수 있는 매우 효과적인 설계 방법이기도 합니다. 토폴로지 최적화를 통해 설계자는 무게와 강도 사이의 최적의 균형을 찾아 재료 사용을 최소화할 수 있습니다. 동시에 파라메트릭 설계와 생성적 설계 기술을 결합하면 구조를 더욱 최적화할 수 있으므로 주강이 강도 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 제조 공정의 한계에도 적응할 수 있습니다.
