地鐵客室玻璃膠逢的計算

摘 要：目前國內大多地鐵客室玻璃以及前風擋玻璃都采用聚氨酯或者硅酮結構膠粘接，粘接玻璃的膠逢寬度以及厚度是否能保證客室玻璃在地鐵運行時不發生振動以及脫落。通過膠廠家提供的結構膠參數，然后通過計算來確定設計師所制定膠逢的寬度以及厚度是否滿足要求，這樣可以確保地鐵為乘客提供一個安全和舒適的運行環境。文章以上海地鐵九號線三期為例來計算客室玻璃膠逢的寬度和厚度。通過結構膠參數計算客室玻璃膠逢寬度以及厚度是否滿足設計要求。

關鍵詞：鐵道車輛；客室玻璃；粘接

1 概述

1.1 設計背景

上海九號線三期車輛車體側窗采用粘接結構，現對其粘接結構進行驗證。

1.2 設計對象（圖1）

1.3 粘接結構形式

側窗與車體鋼結構的粘接結構形式見圖2，所有窗的粘接接頭相同。

2 輸入信息

2.1 產品使用中的工況

海拔高度：≤1200m

環境溫度：-25℃～+40℃

多年平均日最高氣溫：25.5℃

2.2 沖擊

安裝于車體上設備的懸掛裝置，在任何方向應能承受的最大沖擊加速度根據EN12663標準為：

縱向：±5g 其中g=9.81m/s2；

橫向：±3g 其中g=9.81m/s2；

垂向：±3g 其中g=9.81m/s2。

3 初選方案

基材材質：見表1-側窗結構粘接。

表面狀態：車體鋼結構為底漆表面，玻璃為原始表面。

膠粘劑選則：根據工藝系統推薦，車窗與車體的粘接結構膠選為Bostik Simson ISR 7008AP，密封膠選為Bostik Simson ISR 7003。

4 設計驗證

4.1 材料及參數

側窗為玻璃材質，其熱膨脹系數為：α=8.4×10-6/K

側墻鋼結構的材質為鋁型材6005A-T6，其熱膨脹系數為：α=23.2×10-6/K

4.2 風險性分析

車輛在使用中，將承受外力、環境等影響，因此對于粘接結構將從熱膨脹性、機械受力和老化方面進行分析。對于側窗粘接，用于粘接的側窗大小相同，每塊側窗的粘接面積相同，因此在這些側窗中任何一塊進行分析，如果能夠滿足設計要求，那么其他的側窗一定能滿足要求。

4.3 熱膨脹性分析

粘接結構-側窗與車體鋼結構的粘接

客室窗的粘接：

窗尺寸為：1380×1026=1415880mm2

粘接面積：2×20×1026+2×20×（1380-40）=94640mm2

粘接劑用來粘接玻璃和鋁型材，則由熱膨脹系數不同造成的差異：

密封膠粘接厚度的計算：

玻璃與鋁框間溫度作用下結構膠粘結厚度：

a：在年溫差作用下玻璃與型材相對位移量（mm）；b：玻璃對角線長度（mm）；Δt：年溫差：70℃ （根據合同-25℃～+40℃）

a1：鋁型材線膨脹系數，23.2×10-6；a2：玻璃線膨脹系數，8.4×10-6；

a=bΔt（a1-a2）=1720×70×（23.2-8.4）×10-6=1.78mm

tan？酌=0.58

所以膠層厚度d=3.06mm

理論粘接厚度為7mm>3.1mm所以成立。

4.4 機械受力分析

假設側窗的重量為m，膠層的面積為A，側窗的面積為B，在運行過程中側窗受重力、風壓和動載荷。車體坐標見圖3。

重力，對于側窗粘接形成剪切，風壓對于粘接形成受拉或受壓，X、Z方向的動載荷對粘接形成剪切，Y方向的動載荷對粘接形成受拉或受壓。

表1 側窗粘接計算結果

從表1中得出，側窗粘接的最大的剪切應力為0.019MPa，最大的拉伸應力為0.0007MPa：設計載荷在計算載荷基礎上需考慮安全系數，此系數為2；則最大的設計剪切載荷為0.019×2=0.038MPa；最大的設計拉伸載荷為0.0007×2=0.0014MPa。

4.5 老化分析

根據該車運行情況分析，及在墻板下粘接，受UV影響不大，且運行速度較低，環境較好，無鹽霧腐蝕問題，因此我們僅對該車進行耐熱老化進行評估，其他綜合衰減系數設置為0.9。

根據波士膠供應商提供試驗報告中得出：

老化前剪切強度：2.54MPa

老化后剪切強度：2.15MPa

疲勞前拉伸強度：3.22MPa

疲勞后拉伸強度：3.39MPa

耐濕熱老化系數：

剪切衰減：0.84

拉伸衰減：1.05

綜合衰減系數設置為（0.84+1.05）/2=0.9

所以：

經衰減后的剪切強度：2.54*0.84*0.9=1.92MPa

經衰減后的拉伸強度：3.22*0.95*0.9=2.75MPa

最大的設計剪切載荷為0.019×2=0.038MPa；

最大的設計拉伸載荷為0.0014×2=0.0028MPa

比較：

剪切強度：1.92MPa>0.038MPa

拉伸強度：2.75MPa>0.003MPa

通過計算及老化試驗比較可知：可滿足載荷要求。

5 結論

BOSTIK ISR 7008AP可適合側窗粘接，滿足該項目在其運營條件下的設計結構。