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动车组头车车体疲劳的www.mg4355cc.com手机版

发布于:2018-10-05 21:34
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      随着列车运行速度的提高,列车服役环境也变得更加恶劣,对列车的安全性和可靠性也提出了更高的要求。随着高速动车组的普遍运行,目前的车体相关标准已经不能满足车体强度的评判,需要增加更多的实际线路运行情况进行www.mg4355cc.com手机版。尤其在气动载荷方面,随着列车速度的提高,气动载荷对车体强度的影响越来越大,特别在高速会车、高速隧道通过及受到强侧风影响的时候,气动载荷对车体强度的影响更加明显。目前,国内对车体疲劳强度问题的研究主要集中在机械载荷对车体疲劳强度的影响方面,而关于气动载荷对车体疲劳强度影响的研究比较少,在标准200km/h及以上速度级铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定》中仅仅作了简单的描述。在国外,韩国铁道研究院KRRI的Seo等对高速列车通过隧道时产生的气动载荷疲劳强度做了大量的理论和试验研究。本文在EN12663车体强度评定准则的基础上增加了4种气动载荷工况对车体强度进行评判,将高速列车明线会车气动载荷工况与由轨道引起的垂向加速度和牵引制动引起的疲劳载荷工况进行组合,采用Goodman曲线分别对车体底架侧梁、地板外层、地板夹层、车身外层、侧墙内层、侧墙夹层、司机室7个部分进行了疲劳强度的评估。若这7个部分强度计算结果均落在各自对应的Goodman曲线封闭区域内,则车体满足疲劳强度要求。
      动车组车体由大型中空铝合金型材组焊而成,具有良好的防腐性能,其承载结构为筒型整体承载结构;这种结构可以有效地减少车体结构的零部件数量、降低制造成本、提高车体结构制造质量,而且具有较好的截面刚度特性,从而可提高车体结构的整体刚度和乘坐舒适性。动车组头车车体主要由车体底架侧梁、地板外层、地板夹层、车身外层、侧墙内层、侧墙夹层、司机室7个部分组成。表所示是该动车组头车车体主要技术参数。本文高速列车所用的A7N01铝合金是我国国产材料,其焊接填充材料采用的是SAF5356焊丝。母材和焊丝的成分见表。分别根据母材和焊缝的实际情况,定义材料的不同属性,如表所示。由于动车组车体铝结构为铝板、梁、型材焊接结构,故车体有限元模型以任意四节点等参薄壳单元为主,三节点三角型单元为辅。头车车体有限元模型的单元总数为2199500,节点总数为1805578。头车车体的有限元模型如图所示。
      参考EN12663-2010,结合该动车组车体强度计算特点,制定出动车组车体静强度计算工况,表列出了部分载荷工况。具体载荷处理如下:①对于车体自重,在ANSYS前处理模块输入车体铝合金材料的密度和重力加速度,程序根据模型各单元表面积、单元实常数自动将单元载荷因子的信息记入总载荷进行计算;②车内设备(如座椅)、乘客、行李等载荷以均布载荷的形式作用在底架侧梁上;③车顶空调设备和车体牵引变流器及冷却装置,按照设备安装点的实际位置,以集中载荷的形式平均作用在相应的节点上。车体垂向载荷工况1计算的表形值用来校核车体的刚度,计算得到车体最大变形:车体底架侧梁垂向变形为5.39mm,相对变形较小,如图所示。车体在工况1-工况7载荷作用下,最大当量应力为280.2MPa,产生于工况7中,出现在二位端空气弹簧约束处,如表所示。工况7是考察车体在垂向超员情况下同时承受纵向超常压缩载荷时能否满足车体材料的需求,垂向载荷的主要承载部位在空气弹簧座处,再同时承受纵向载荷作用,导致车体该处的应力最大,较大当量应力发生在司机室车门门角、二位端、一位端车钩补强板处和车体侧墙与车顶过渡处,其余部位的应力较小。
      工况1下的整车应力云图。机车车辆承载结构在相关标准规定的载荷作用下,其静强度满足设计和运行的条件如下:(1)在正常运行载荷作用下,其最大von Mises应力不大于制造材料的许用应力。(2)在运行中最大载荷(发生行车事故时承担的载荷)作用下,其最大von Mises应力不大于制造材料的屈服极限。即上述工况中,工况1为运行载荷作用下的工况,用式(1)进行校核,材料的许用应力根据材料屈服极限、与安全系数S的商进行计算,根据《200km/h及以上速度级铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定》,运营载荷下安全系数S取1.5,材料许用应力为197MPa,满足静强度要求。工况2至工况7分别为抬车工况、纵向静负载工况、组合工况,为非正常运行载荷作用下的工况,按式(2)进行校核,材料屈服极限为295MPa,满足静强度要求。


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