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根據(jù)國(guó)家鐵道部的發(fā)展計(jì)劃，研發(fā)了120 km/h整體構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架(轉(zhuǎn)K3型轉(zhuǎn)向架)，飛構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵設(shè)計(jì)部件，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接影響車(chē)輛的行車(chē)安全。轉(zhuǎn)K3型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架吸取了國(guó)內(nèi)構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架研制的經(jīng)驗(yàn)及歐洲Y25型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的優(yōu)點(diǎn)，采用箱形橫梁直接插入單腹板側(cè)梁中央方孔內(nèi)的組焊結(jié)構(gòu)方式，改變了側(cè)梁與橫梁連接焊縫的受力狀況。在CAD工作站上應(yīng)用I-DEAS軟件，根據(jù)該轉(zhuǎn)向架的實(shí)際受力情況與TB/T133-1996《鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》)的要求，建立了構(gòu)架力學(xué)分析模型，對(duì)構(gòu)架的載荷工況邊界條件進(jìn)行了綜合強(qiáng)度分析，并將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明兩者基本一致。
轉(zhuǎn)K3型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用箱形橫梁直接插入單腹板側(cè)梁中央方孔內(nèi)的組焊結(jié)構(gòu)方式，主要由2根單腹板側(cè)梁、1根箱形橫梁導(dǎo)框座、斜楔座及下旁承盒等組焊而成其中，橫梁側(cè)梁的板材采用Q345，導(dǎo)框座、斜楔座等鑄件采用B級(jí)鋼。
轉(zhuǎn)向架工作過(guò)程中進(jìn)入曲線后，除了在心盤(pán)上受到由車(chē)體傳來(lái)的側(cè)向力作用外，還受到鋼軌給輪緣的導(dǎo)向力和車(chē)輪踏面的摩擦力作用。在對(duì)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)，采用中間位置作為計(jì)算工況。
制動(dòng)引起的載荷包括制動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的制動(dòng)力和制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的縱向慣性力。
制動(dòng)時(shí)由制動(dòng)系統(tǒng)傳遞給轉(zhuǎn)向架的最大力Fb按制動(dòng)梁的公稱(chēng)載荷計(jì)算(偏于安全考慮)，取Fb=78.4kN，F(xiàn)b平均作用在構(gòu)架的四導(dǎo)框座上。
車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，車(chē)體縱向慣性力引起前后轉(zhuǎn)向架心盤(pán)上縱向增載，前轉(zhuǎn)向架心盤(pán)上垂向增載，后轉(zhuǎn)向架心盤(pán)上垂向減載。
根據(jù)《規(guī)范》的要求及轉(zhuǎn)向架的實(shí)際受力狀況，共選擇以下3種載荷組合工況：
組合工況1垂直載荷及垂直附加載荷+垂直斜對(duì)稱(chēng)性載荷+側(cè)向力及輪軌間作用引起的水平載荷；
組合工況2垂直靜載荷+制動(dòng)引起的載荷；
組合工況3垂直靜載荷+單端沖擊所引起的垂直附加載藏。
根據(jù)該構(gòu)架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及載荷情況，取整體轉(zhuǎn)向架建立有限元力學(xué)模型。力學(xué)模型的基準(zhǔn)取在各梁件的上下蓋板、腹板的中心面上，有限元網(wǎng)格劃分采用影射方式生成導(dǎo)框座、斜楔座及下旁承采用線性四面體實(shí)體單元，各梁件的上下蓋杭腹板、筋板及隔板均選用線性四邊形板單元本次計(jì)算共劃分了10855個(gè)節(jié)點(diǎn)，17720個(gè)單元，其中板單元10496個(gè)，實(shí)體單元7076個(gè)，另外，根據(jù)轉(zhuǎn)K3型轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在構(gòu)架的導(dǎo)框座和斜楔座下面加148個(gè)彈簧單元，彈簧單元的垂向、橫向、縱向剛度值分別與軸箱彈簧的垂向、橫向、縱向剛度相一致按《規(guī)范》，第一工況Q345的許用應(yīng)力為216 MPa, B級(jí)鋼的許用應(yīng)力為150MPa，第二工況Q345的許用應(yīng)力為293 MPa，B級(jí)鋼的許用應(yīng)力為200 Mpa。
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