磁浮列車側窗風壓載荷疲勞試驗研究

王立闖 臧曙光 胡 悅 趙 威

（中國建筑材料科學研究總院，中國建筑材料檢驗認證中心有限公司，北京 100024）

1 問題提出

近年來，我國鐵路里程迅速增加，列車速度也越來越高，磁浮列車的速度已達430km/h。列車速度的提升在給我們帶來便捷的同時也帶來了一系列的安全問題，其中，列車交會時所產生的空氣壓力波會對列車側窗產生劇烈沖擊，嚴重危害行車安全。因此，對列車側窗進行循環載荷試驗，并對其機械強度、氣密性等進行測試研究顯得極其必要[1]。利用風壓設備對磁懸浮列車側窗進行了循環載荷試驗，并對試驗過程中車窗玻璃的應力及位移變化進行了測量分析。

2 試驗過程

2.1 試樣

試樣為上海磁浮交通發展有限公司提供的磁浮列車側窗，該側窗由中空玻璃、密封材料及鋁合金窗框組成，是完全國產化的產品，通過本項試驗考核后即準備應用到實車中。

試樣帶鋁框外部尺寸：（2008mm×857mm），重量：≤44kg。玻璃尺寸：1962mm × 813 mm，R＝6000mm，厚度：27.8mm其中中空玻璃結構為：4mm化學鋼化+0.76mmPVB膠片+3mm化學 鋼化+16mm空氣層（15mm厚內附分子篩間隔鋁條）+4mm物理鋼化。

2.2 試驗設備及測試過程

試驗所用設備名稱、規格等信息如表1所示。包括風壓試驗機、測試儀器及分析儀器等。

表1 試驗設備一覽表

實驗所用設備連接方式如圖1所示。

圖1 試驗設備連接示意圖

試驗操作程序為：①安裝測量設備；②安裝車窗；③循環載荷試驗；④應力、位移測量；⑤保存、分析數據。

循環載荷的變化模擬實際的載荷條件，根據技術條件及UIC566采用一個正弦型載荷曲線。載荷的大小、頻率、循環次數等如表2所示。在第1和第7個等級進行人工淋雨試驗。

表2 循環載荷

3 試驗結果與分析

3.1 實際載荷變化

在測試過程中，壓力循環階段的實際載荷曲線如圖2所示。

由圖2可知，實際的風壓曲線、實時次數、設定頻率等信息均可在微機上實現即時顯示，這樣便于對其進行實時監控。由圖可知，實際壓強與設定值偏差很小，變化范圍符合測試要求。

圖2 實際載荷曲線

3.2 應力測量

對車窗玻璃預定位置進行應力測量，其中，最大主應力在外車窗中部獲得。

外車窗中部在不同載荷下的主應力值如表3所示。

表3 外車窗中部應力值（MPa）

(續) 表3 外車窗中部應力值（MPa）

由表3可知，載荷為±6000Pa時，外車窗中部最大主應力達12.8MPa（與之對應的內車窗中部最大主應力達12.34MPa）。計算過程中玻璃的彈性模量取72000N/mm2，泊松比為0.22。

最大主應力隨載荷等級變化的曲線如圖3所示。

圖3 車窗中部應力曲線

由圖3可知，隨載荷增大，車窗應力基本成直線增長，與預期結果一致。

3.3 位移測量

內車窗中部在各載荷等級的最大位移值如表4所示。

表4 內車窗中部最大位移值（mm）

由表3可知，在壓力等級為±6000Pa時，內車窗中部最大位移達5.1mm。小于標準規定的10mm最大允許位移。

內車窗中部位移-載荷曲線如圖4所示。

圖4 內車窗中部位移-載荷曲線

由圖4可知，隨著載荷的增大，內車窗中部位移近似成直線增長。

循環載荷為±6000時，在內車窗中部測得的位移隨時間變化曲線如圖5所示。由圖5可知，車窗中部位移隨時間呈現正弦形變化，變化頻率與載荷變化一致。

圖5 內車窗中部位移-時間曲線

3.4 車窗氣密性

車窗氣密性通過人工淋雨進行檢驗，淋雨過程照片如圖5所示。

圖6 淋雨過程照片

淋雨過程中，車窗玻璃與鋁合金框架四周密閉區域未出現滲水，氣密性完好。

4 結論

（1）該結構磁浮車窗能夠承受連續共計120萬次的持續載荷沖擊，試驗后保持完好。

（2）在±6000Pa載荷沖擊下，車窗玻璃保持完整，車窗中部位移較小，且最大主應力遠小于玻璃破壞強度。

（3）風壓載荷與側窗中部位移之間近似成線性關系。

（4）側窗玻璃與窗框之間連接方式合理，在持續載荷試驗后保持氣密性完好。

[1] 王普.高速鐵路建設發展概況研究[J].鄭鐵科技通訊.2006（4）：4.

[2] UIC 566-1990，BN 918 511-2001.