一種新型鐵路客車車體靜強度分析

賈志言+王智群+李志申

摘要 ： 分析該種新型鐵路客車車輛車體結構特點的基礎上，建立了車體結構的有限元模型。結合該客車車輛的實際運行狀態，確定了垂向載荷、縱向拉伸、縱向壓縮、扭轉等7種工況，并分析了車體結構在各個工況下產生的應力，以判斷其靜強度是否滿足運輸要求。為車體的結構優化和疲勞壽命分析提供參考。

關鍵詞： 新型鐵路客車車輛；車體結構；靜強度；有限元模型

1 前言

該種新型鐵路客車車輛主要由車體、轉向架和各種電氣設備組成。其中，車體主要承擔裝載乘客和各種電氣設備安裝基礎兩大功能，同時也承受著在各種運行工況下乘客和電氣設備所產生的附加力。車體的強度是反映車體性能的重要技術指標，強度不夠，將使車體結構的各構件在早期出現裂紋和疲勞斷裂等，從而大大影響車輛的整體性能。對車體靜態下的強度進行計算和分析，是不可或缺的重要環節。本文利用有限元分析軟件，針對該種車輛的典型運行工況，提出了相應載荷及邊界約束條件施加的實現方法，并對跨坐式單軌車輛頭車車體結構進行了靜強度分析，得到了該車體的應力分布。通過合理選擇車體結構形式及尺寸參數，可使車體具備良好的靜態特性。

2 車體結構及參數

該種車輛車體主要由車頂、側墻、一位端墻、二位端墻、底架等組成，如圖1所示。整個車體采用耐候鋼焊接結構，主要的承載部件采用耐候鋼中屈服強度較高的鋼板材質。車頂和側墻主要采用大型寬幅耐候鋼板和骨架梁排結構，側墻在適當的地方加補強梁，車頂則用加橫向彎梁的方法起到加強的作用。一、二位端墻由于要承受縱向拉伸和壓縮，采用雙層骨架結構。具體車體鋼結構外觀見圖1所示

車頂、側墻、一位端墻、二位端墻、底架等四大部件相互連接后整車成中空筒行結構，具體車體的主要外形尺寸及質量如表1所示。

3 車體有限元模型的建立

3.1 建立有限元模型

利用建立好的跨坐式單軌車輛頭車車體三維幾何模型，以及軟件提供的數據轉換接口，以適當的數據格式將其轉換到有限元分析軟件中，并對其結構進行離散。采用該方法進行有限元建模時，有必要在有限元分析軟件中對模型進行幾何清理，修正幾何之間的拓撲關系，以便進一步劃分網格。整個車體主要采用板殼單元模擬，側門上角及端門補強角采用實體網格，空簧、心盤、枕內外頂車位、端墻加載區域等處設rbe3單元，車鉤安裝區域設置rigid單元，如圖2～3所示。車體坐標系方向如圖2所示：X向——車體縱向，正方向由一位端指向二位端，Y向——垂直方向，正方向垂直向上，Z向——車體橫向，與X、Y構成右手系。有限元模型如圖2所示。

3.2 確定工況及加載參數

根據該種客車車輛的實際運行狀態，確定了垂向載荷、縱向拉伸、縱向壓縮、扭轉等9種工況，無論何種工況，車體都將承受安裝在其上的各種設備的質量。車體配備的主要設備的質量見表2。7種工況具體見表3

4 靜強度計算結果

按照上述各個工況下載荷和邊界條件的施加情況，對車體結構進行靜強度分析計算。車體在15種工況作用下的最大應力值及相應的部位見表4所示。部分應力云圖如圖4～8所示

5 結語

5.1 該種筒型車體有著本身的結構特點，焊接是車體的主要連接方式，使用板殼單元模擬車體結構的有限元處理方法是車體靜強度分析的有效方法；

5.2 通過對該種新型車輛車體的靜強度計算分析，可得出以下結論：強度各工況下，端墻立柱，波紋地板與橫梁連接處等區域存在較高計算應力，可適當進行補強。

參考文獻：

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