列車空調箱體疲勞強度分析

曹立達

（吉林鐵道職業技術學院 鐵道車輛學院，吉林 吉林 132000）

空調箱體作為列車的重要組成部分，隨列車運行過程中會受到大量振動，空調箱體處于長期的振動載荷作用下，會對其結構產生疲勞破壞。因此，需要對空調箱體進行疲勞強度分析，判斷能否滿足結構的疲勞強度要求。

1 基本算法簡介

對空調箱體進行疲勞強度分析，根據BS7608-1993標準[1]提供的S-N曲線，對于不同的連接方式，疲勞壽命的循環次數N與應力幅Sr都有以下關系：

基于Sr-N曲線參數，所有材料都滿足下式：

從而可以將公式簡化如下：

由于空調箱體結構的連接方式都是點焊，所以在對空調機組進行疲勞強度計算的過程中選用G類Sr-N曲線為標準，當以G類為連接方式的結構的循環次數達到107時，其許用應力幅值Sr為29Mpa。

在載荷工況下的應力幅Sr計算方法如下[2]：

式中Str為空調箱體結構計算頂面結果的應力幅，Sbr為空調箱體結構計算底面結果的應力幅。

2 空調箱體的疲勞強度分析

2.1 有限元模型的建立

在Hypermesh仿真軟件中建立有限元模型，空調箱體內部的壓縮機、冷凝器、蒸發器等主要設備以添加集中質量方式模擬。該空調箱體的材料為SUS404型號的鋼材，選用殼單元Shell181模擬，彈性模量為E=2.06e11pa，泊松比為μ=0.3，密度為7.85g/cm3，建立有限元模型[3]。

2.2 載荷及約束

空調箱體所承受的疲勞載荷主要來自車輛運行過程中產生的結構之間的牽引和制動。根據歐洲ERRI標準[4]規范，動車空調箱體在運行過程中所承受的疲勞載荷工況如表1所示：

表1 疲勞載荷工況

位移約束空調箱體與車體之間聯接的8個M10 的螺栓，約束為 x=0，y=0，z=0。

2.3 空調箱體的疲勞強度分析

通過ANSYS分析軟件對空調箱體進行分析計算，空調箱體疲勞強度計算結果如表2所示：

表2 計算結果統計表

3 結語

根據疲勞強度計算結果所示，三種疲勞載荷工況下的應力幅值均小于許用應力幅，滿足空調箱體的疲勞強度要求。