杭州304不銹鋼板

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1、計算結(jié)果分析3.1應(yīng)力分析對于材料的許用應(yīng)力，參考了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2～5]，并結(jié)合該不銹鋼車體的特點，確定了不同工況下的安全系數(shù)。對只承受垂直載荷的工況安全系數(shù)取1.3，許用應(yīng)力為材料的屈服極限除以安全系數(shù)；對既有垂直載荷又有縱向載荷的工況安全系數(shù)取1.1，許用應(yīng)力為材料的屈服極限除以安全系數(shù)；扭轉(zhuǎn)工況的安全系數(shù)取1.3，許用應(yīng)力為對稱循環(huán)疲勞極限除以安全系數(shù)。各工況下材料的許用應(yīng)力值見表4。垂直總載工況下，司機室骨架的最大應(yīng)力39.1MPa，發(fā)生在司機側(cè)門和車頂連接處。端部底架的最大應(yīng)力141MPa，發(fā)生在內(nèi)層下邊梁和側(cè)墻的焊接處。波紋地板的最大應(yīng)力327MPa，發(fā)生在

2、二位端靠近側(cè)墻與底架小橫梁連接處。底架橫梁最大應(yīng)力237MPa，發(fā)生在二位端第一根橫梁和側(cè)墻連接處。門框的最大應(yīng)力213MPa，發(fā)生在后側(cè)門門角處。可以看出車體的結(jié)構(gòu)應(yīng)力都在許用應(yīng)力范圍之內(nèi)（圖２）。點焊是地鐵車輛、城市輕軌車輛、甚至高速動車組的不銹鋼車體結(jié)構(gòu)大量金屬板構(gòu)件間的主要連接形式,分布于車身各部位,數(shù)量達(dá)上萬個.點焊結(jié)構(gòu)主要特點是:結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、強度高、耐腐蝕.同時,它的制造工藝比較復(fù)雜,技術(shù)要求高,因此,盡管點焊結(jié)構(gòu)車輛在國外已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用,在國內(nèi)則剛剛開始研制[1-2].如何把握點焊結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性,建立高精度的車體FEA計算模型已成為不銹鋼點焊車

3、研制過程中計算人員極為關(guān)注的問題.當(dāng)前點焊結(jié)構(gòu)常采用實體單元、梁單元、剛性單元和主-從關(guān)系(即位移耦合)來模擬焊核[3-4].從理論上說,點焊結(jié)構(gòu)用適當(dāng)高度的塊體元模擬時,則可獲得較高的精度,但對于大量均布、密集排列的焊點的不銹鋼車體結(jié)構(gòu)來說這將導(dǎo)致單元/結(jié)點數(shù)量急劇增加而不可行,因此,必須抓住不銹鋼點焊車傳力的主要特征創(chuàng)建FEA模型.與車輛結(jié)構(gòu)尺寸相比,點焊焊核自身的尺寸可以忽略不計,在有限元模型中,可以將它們視為僅是整體坐標(biāo)系下的一個“點”,在外載荷作用下,結(jié)構(gòu)依靠這些“點”傳遞內(nèi)力,這類結(jié)構(gòu)可稱為“點傳力結(jié)構(gòu)”.基于位移主-從控制關(guān)系原理[5],本文認(rèn)為對于不銹

4、鋼點焊車體這類典型的“點傳力結(jié)構(gòu)”,用位移的主-從約束關(guān)系來模擬焊核(即等價于在計算模型中被焊接連接的兩點之間位移完全一致)是更為合理的,并通過數(shù)值試驗證明了主-從約束關(guān)系比其它建模方法具有更高的精度.基于位移主-從約束關(guān)系建立了城市輕軌動車組不銹鋼點焊車體的FEA模型,根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加載計算,通過與物理試驗的比較,驗證了計算模型的合理性和有效性.1主-從控制關(guān)系的正則方程主-從關(guān)系(位移耦合),指的是當(dāng)一個結(jié)點被定義為另一個結(jié)點的從結(jié)點后,該從結(jié)點就失去了位移的獨立性,它的位移只能且必須從屬于主結(jié)點.主結(jié)點上的位移處理為獨立位移,從結(jié)點上的位移為相關(guān)位移.在應(yīng)用最

5、小總勢能原理求基于位移法的結(jié)構(gòu)正則方程時,相關(guān)位移對總勢能的貢獻(xiàn)是通過與之有關(guān)的獨立位移和指定位移表達(dá)的.結(jié)構(gòu)的總勢能為2各種方法對比分析本文提出用位移主—從約束關(guān)系描寫不銹鋼點焊車體的點焊傳力,這意味著模型中的每一點焊的焊核均被凝聚成一點,那么,這種簡化與其它建模方法相比精度到底多高?以下用實體單元、梁單元、剛性單元和主-從關(guān)系(即位移耦合)為點焊結(jié)構(gòu)建模來討論各種方法的精確性.網(wǎng)址：http://www.cqhqjc.com手機：18861844446QQ：2697942199假設(shè)薄板A與B用點焊方式焊接,其厚度分別為t1與t2,t1薄板右端均勻作用有F噸拉力,t

6、2薄板左端被約束住.焊核為三維橢球,其最大剖面的直徑為d.在各方法的計算模型中,板的中心為焊點位置,也為坐標(biāo)原點,梁單元的物理屬性取決于板材,單元直徑為d,單元長度為(t1+t2)/2;剛性單元,無物理屬性,單元長度為(t1+t2)/2;實體單元物理屬性取決于板材,單元尺寸取決于t1,t2;位移主-從約束不需要定義材料屬性,只需指定六個自由度之間位移主-從約束關(guān)系.以實體元計算結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn),t1薄板上載荷方向的應(yīng)力誤差比列入附表.表中方法1為采用梁單元;方法2為采用剛性單元;方法3為采用位移耦合.表中位置點1至點8依次為t1薄板上過原點與載荷方向一致的坐標(biāo)軸上等距離的點

7、;位置點9至點16依次為t1薄板上過原點與載荷方向垂直的坐標(biāo)軸上等距離的點.表中應(yīng)力誤差比的定義為(σ-σ0)/σ0,其中σ0為實體元計算結(jié)果.由附表可以看出:位移主—從約束建模方法的誤差較小,剛性單元和梁元的較大.實體單元和位移耦合的兩個模型沿外載荷方向的應(yīng)力值比較如圖1所示.結(jié)果表明:兩種模型高應(yīng)力區(qū)域一致;焊核附近,位移耦合模型的應(yīng)力值要大于實體單元模型的,稍離開焊核,兩種模型應(yīng)力值幾乎相同.3工程驗證城市輕軌動車組不銹鋼點焊車體是典型的點傳力結(jié)構(gòu),全部采用高強度車輛專用的冷彎或軋壓工藝制造的不銹鋼型材.除車頂、地板的波紋板之間的連接采用縫焊,