牽引馬達轉向架的振動疲勞分析與壽命預測

為何牽引馬達轉向架的振動疲勞分析與壽命預測不可忽視？

牽引馬達是車輛的核心動力來源，負責將電能轉換為動能以驅動車輛前進。為了確保牽引馬達能長期穩定運作，轉向架必須具備良好的結構強度與耐用性。

然而，牽引馬達轉向架在實際運作中，會受到馬達運轉以及車輛行駛所產生的隨機振動，導致牽引馬達轉向架產生疲勞損壞，進而影響整體系統的可靠性與安全性。若僅依賴實體原型疲勞測試，不僅耗時費工，且一旦發生失效，測試流程必須重新啟動。因此，導入快速、可靠的振動疲勞模擬分析與壽命預測，成為提高產品開發效率與產品品質的關鍵策略。

 

疲勞測試的挑戰與問題

在車輛系統中，牽引馬達轉向架需承受來自馬達運轉以及路面不規則性所產生的隨機振動。這些高頻、長時間的振動會導致結構疲勞，進而造成牽引馬達轉向架的損壞或失效。

傳統上需依賴實體原型疲勞測試來驗證壽命，而測試週期不僅程序繁瑣，更需耗時長達 6 個月以上才能完成一次驗證。更具挑戰的是，若在測試過程中出現任何結構損壞，那麼測試流程就必須重新進行，不僅導致時間成本翻倍，也大幅增加開發成本與產品上市時程的壓力。

 

我們的模擬解決方案

1. 使用 Ansys Mechanical 與 Ansys nCode DesignLife 可簡化隨機振動條件下的疲勞壽命分析流程，協助工程師整合模擬流程。

簡化工作流程：Ansys Mechanical+Ansys nCode DesignLife

2. 使用 Ansys nCode DesignLife 內建的 200+ 材料疲勞屬性，快速進行材料定義，大幅提升應力-壽命 (Stress-Life) 分析與應變-壽命 (Strain-Life) 分析的效率。

3. 使用 Ansys optiSLang 協助針對靜態應力、動態應力和疲勞壽命進行參數研究、DOE 實驗設計，並運用 AI 演算法幫助進行參數最佳化，有效加速設計流程以提升產品上市速度。

 

牽引馬達轉向架的模擬結果展示

隨機振動時間訊號

頻域中等效的功率譜密度 PSD

牽引馬達轉向架的頻率響應結果圖

諧波響應分析的位移結果雲圖

振動條件下的壽命預測雲圖

 

進行振動疲勞分析與壽命預測的好處

透過振動疲勞分析與壽命預測流程，工程團隊可於設計初期有效掌握牽引馬達轉向架在隨機振動條件下的壽命表現，大幅減少對實體原型疲勞測試的需求。不僅可節省長達 6 個個月的測試開發週期，也可避免因中途失效導致的重工與資源成本負擔。

同時，結合參數最佳化分析，可提前發現潛在風險，幫助企業實現更可靠、極具競爭力的產品設計。

 

建議使用工具 ：Ansys Mechanical、Ansys nCode DesignLife、Ansys OptiSLang

 

參考資料 ：Ansys 原廠

 

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