磁懸浮列車國(guó)產(chǎn)化車體靜強(qiáng)度分析和優(yōu)化方案

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1、磁懸浮列車國(guó)產(chǎn)化車體靜強(qiáng)度分析與優(yōu)化方案趙雙敬劉東軍（唐山軌道客車有限責(zé)任公司　河北　唐山　063035）摘要：本文對(duì)本公司最近研制的磁懸浮列車車體結(jié)構(gòu)在不同工況下進(jìn)行了靜強(qiáng)度計(jì)算分析，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，提出切實(shí)可行的優(yōu)化方案，并對(duì)以后磁懸浮列車國(guó)產(chǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的思路。關(guān)鍵字：磁懸浮列車車體結(jié)構(gòu)有限元分析靜強(qiáng)度一概況德國(guó)從20世紀(jì)70年代早期就開(kāi)始開(kāi)發(fā)磁懸浮技術(shù)，經(jīng)過(guò)30年的持續(xù)努力，現(xiàn)在，德國(guó)的磁懸浮技術(shù)已可用于商業(yè)運(yùn)營(yíng)。之后美國(guó)，日本，韓國(guó)相繼研制成功，并投入運(yùn)營(yíng)，我國(guó)從2002年引進(jìn)德國(guó)技術(shù)，并

2、在上海磁懸浮示范線成功運(yùn)營(yíng)，之后就開(kāi)始磁懸浮技術(shù)的研制，并逐步實(shí)現(xiàn)磁懸浮技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化，磁懸浮列車車體是磁懸浮列車技術(shù)中的核心技術(shù)之一，我公司一直致力于磁懸浮列車技術(shù)的開(kāi)發(fā)、研制、國(guó)產(chǎn)化研究。目前，我公司針對(duì)上海示范線磁懸浮列車最新形式進(jìn)行研制生產(chǎn)，其中本文對(duì)列車車體結(jié)構(gòu)在不同工況下的情況進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析，并在此基礎(chǔ)上提出結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案，促進(jìn)了磁懸浮列車的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)度。二磁懸浮列車車體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介最新研制的磁懸浮列車車體結(jié)構(gòu)主要包括底架、側(cè)墻、平頂、圓頂和端墻，設(shè)計(jì)重量為3.1t，每米承載量為200kg。車體結(jié)構(gòu)三維模型如圖1Error

3、!Referencesourcenotfound.所示：圖1磁懸浮列車車體三維模型三車體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析計(jì)算載荷和強(qiáng)度評(píng)估方法按照《EN12663-2000鐵道應(yīng)用--軌道車身的結(jié)構(gòu)要求》，有限元建模及結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算分別采用Hypermesh及ANSYS軟件完成。本次計(jì)算的磁懸浮車體所有的型材全部采用ENAW-6005A-T6材料，所有板材采用ENAW-5083-H111材料，車鉤座為ENAW-6005A-T6材料，滑臺(tái)為ENAW-5083-H111材料，本次計(jì)算沒(méi)有蜂窩結(jié)構(gòu)。車體所用材料及其參數(shù)見(jiàn)表1。表1　車體各主要部件材質(zhì)、板

4、厚及其力學(xué)性能參數(shù)材料狀態(tài)厚度強(qiáng)度極限彈性極限非焊縫區(qū)焊縫區(qū)非焊縫區(qū)焊縫區(qū)ENAW-6005AT6實(shí)心擠壓型材t￡5mm2701652251155mm

5、況一，車鉤高度400kN壓縮載荷工況；工況二，車鉤高度320kN拉伸載荷工況；工況三，車體的最大運(yùn)營(yíng)轉(zhuǎn)載荷工況；工況四，外臺(tái)車位頂車位提升整個(gè)車體，整備狀態(tài)；工況五，內(nèi)臺(tái)車位頂車位提升整個(gè)車體，整備狀態(tài)；工況六，車鉤高度400kN壓縮載荷+正常運(yùn)營(yíng)載荷工況；工況七，車鉤高度320kN拉伸載荷+正常運(yùn)營(yíng)載荷工況；工況八，車頂中央200㎝2的面積上承受1000Ｎ的垂直載荷工況；工況九，車頂中央縱向間距500mm兩個(gè)400cm2的面積上分別承受1000N垂直載荷的工況；工況十，車頂中央橫向間距500mm兩個(gè)400cm2的面積上分別承受

6、1000N垂直載荷的工況；使用大型有限元分析軟件ANSYS對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果表明，在工況1、2、3、6、7下，車體的最大應(yīng)力都發(fā)生在車體底架與地板連接處，門(mén)角處，其值超出了車體焊縫的許用應(yīng)力，其最大應(yīng)力位置及應(yīng)力值如表3所示：表3原結(jié)構(gòu)模型原結(jié)構(gòu)車體在各種工況下的最大應(yīng)力位置及應(yīng)力值工況應(yīng)力位置最大應(yīng)力值工況應(yīng)力位置最大應(yīng)力值1179MPa6178MPa2143.8MPa7145.4MPa3232.4MPa由表3可知在工況下1、工況2、工況6、工況7下車體底架與底板局部應(yīng)力最大值為179MPa，在工況3下，門(mén)角局部應(yīng)力

7、最大值為232.4MPa，大于焊縫材料的許用應(yīng)力115MPa，不滿足設(shè)計(jì)要求。四車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與優(yōu)化方案針對(duì)局部應(yīng)力過(guò)大情況，在中間地板型材處增加補(bǔ)強(qiáng)筋，在型材內(nèi)部也做了補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)方案如圖2所示（第一補(bǔ)強(qiáng)方案）：補(bǔ)強(qiáng)筋圖2增加補(bǔ)強(qiáng)筋板后的模型（第一補(bǔ)強(qiáng)方案）對(duì)第一次改進(jìn)的模型即增加補(bǔ)強(qiáng)筋后的模型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，局部應(yīng)力仍超出了材料的許用應(yīng)力，超出許用應(yīng)力的工況及應(yīng)力最大位置如表4所示：表4第一次更改后的模型增加補(bǔ)強(qiáng)筋后的最大應(yīng)力位置及最大應(yīng)力值工況最大值位置最大應(yīng)力值工況最大值位置最大應(yīng)力值1121.8MPa6123.

8、8MPa對(duì)第一次改進(jìn)的模型再次進(jìn)行計(jì)算，由表4結(jié)果顯示地板連接處應(yīng)力值在120MPa左右，比焊縫的許用應(yīng)力值稍微偏高，再次對(duì)模型進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)方案為：將類似中梁的地板型材和滑臺(tái)連接；將圖中紫色的過(guò)渡連接梁的壁厚改為2.5mm；在端部下蓋板上增開(kāi)工藝孔；將門(mén)角進(jìn)