（光学工程专业论文）高速动车组拖车车体结构强度分析及优化设计.pdf

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b 型动车组拖车车体的结构特点及所用材料的机 械属性；再对车体进行适当的简化，运用有限元软件h y p e r m e s h 对其进行有限元 模型的创建；然后基于e n l 2 6 6 3 标准对车体结构进行了1 7 种工况下的静强度分析， 并校核仿真得出的应力和刚度；对整车车体进行自由振动模态分析，明确了车体 一阶垂向弯曲变形频率和振型，并分析其模态结构是否符合相关规定；依据车体 结构的静强度报告对测试数据和仿真结果进行比较分析，并对结构薄弱处进行补 强改进；最后利用a n s y s 软件中的子模型技术和h y p e r m e s h 软件中的o p t i s t r u c t 模块对局部结构进行细化强度分析和尺寸优化设计。 本文的研究工作在车体结构分析中是即基本又关键的阶段，希望其研究成果 能对高速列车车体的结构设计提供一定的参考价值。 关键词：动车组；有限元法；强度分析；子模型法；尺寸优化 分类号： a bs t r a c t a b s t r a c t ：a f t e rt h es i x t ha c c e l e r a t i n gs p e e do fn a t i o n a lr a i l w a y , h i g h - s p e e d r a i lh a se n t e r e dt h es t a g eo fr a p i dd e v e l o p m e n t , w h i c ha l r e a d yb e e no fs o m ef o u n d a t i o n a n dt e c h n i c a lc a p a b i l i t yi nc h i n a t h ee m uh a sb e e ns u c c e s s f u l l yo p e r a t e di n w u h a n g u a n g z h o ua n dz h e n g z h o u - x i a nh i 曲一s p e e dr a i l w a y ；i t 烈l yd e m o n s t r a t e st h a t t h ec h i n e s em a n u f a c t u r e r sh a v eas t r o n gp o w e r a f t e r ”i n t r o d u c t i o n , a b s o r p t i o n , t h e n i n n o v a t i o n ”，t h el o c a l i z a t i o nr a t eo fr o l l i n gs t o c kw i l lb eg r a d u a l l yi n c r e a s e db yc s r a n d c n r t h i sr e s e a r c h so b j e c t t h en e wg e n e r a t i o nl o c a l i z a t i o nc r i be m uh a sb e e n m a n u f a c t u r e di ns u c has i t u a t i o n i nt h i sp a p e r , t r a i l e rb o d yo f c r i - bp r o d u c e db yt a n g s h a nr a i l w a yv e h i c l e sc o ，l t d a n dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fa l u m i n u m a l l o ym a t e r i a la r ei n t r o d u c e d ；s t r u c t u r ei s p r o p e r l ys i m p l i f i e da n dt h ef i n i t ee l e m e n tm o d e li sc r e a t e db yh y p e r m e s h ；t h e n , t h ec a r b o d yf em o d e li sa n a l y z e db ya n s y su n d e r1 7l o a dc a s e s ，b a s e do ne n l 2 6 6 3 ，t o a s s e s st h es t r e s sa n dt h es t i f f n e s s ；t h ee l a s t i cm o d e la n a l y s i si sd o n et of i n dt h e f i r s t - o r d e rr e v e r s a lb e n di nv e r t i c a lp l a n ef r e q u e n c yi sa c c e p t a b l ei na c c o r d a n c e 、析t 1 1 s p e c i f i c a t i o na sw e l la st h em o d e l ；a c c o r d i n gt os t r u c t u r a ls t a t i cs t r e n g t ht e s t i n gr e p o r t f o rt r a i l e rb o d y , t h et e s t i n gr e s u l t sa r ea n a l y z e da n dc a l c u l a t e dr e s u l t si sc o n t r a s t e d ，t h e p l a c e sw h i c hi s f l a i ls h o u l db er e i n f o r c e d ；f i n a l l y , l o c a ls t r u c t u r ei s i n t e n s i v e l y a n a l y z e db ya n s y ss u b m o d e l i n ga n a l y s i sm e t h o da n do p t i m i z e db yo p t i s t r u c ti n h y p e r m e s h t h i ss t u d yi sb o t hf u n d a m e n t a la n dc r u c i a li nf e mr e s e a r c ho nt h es t r u c t u r eo fc a l b o d y i tc o u l dp r o v i d ec e r t a i nr e f e r e n c ev a l u ef o rd e s i g na n da n a l y s i so f t h es t r u c t u r eo f h i g h - s p e e dv e h i c l e k e y w o r d s ：e m u ；f e m ；s t r e n g t ha n a l y s i s ；s u b m o d e l i n gm e t h o d ；s i z i n g o p t i m i z a t i o n c i a s s n o ： 目录 目录 中文摘要i i i a b s t r a c t j i 、， e j 录v 1 绪论：1 1 1 课题的研究背景及工程意义1 1 1 1 选题背景l 1 1 2 工程意义1 1 2 有限元技术在车体结构设计中的工程应用。2 1 3 本论文主要内容及方法_ _ - 3 1 3 1 本论文的主要内容3 1 3 2 本论文基本方法3 2 车体结构与有限元分析模型。5 2 1 实体模型的基本结构和参数：5 2 1 1 车体的基本结构及参数5 2 1 2 车体结构主要组成部分6 2 1 3 车体材料特性9 2 2 有限元方法的基本理论及相关软件的介绍。9 2 2 1 有限元法的概述。9 2 2 2 有限元方法的基本思想和分析思路10 2 2 3h y p e r m e s h 软件的介绍1 1 2 2 4a n s y s 软件的介绍1 2 2 3 车体有限元模型的建立1 2 2 3 1 有限元建模的基本原则：1 2 2 3 2 车体模型的简化1 3 2 3 3 焊接方式的模拟1 4 2 3 4 附件质量的模拟1 4 2 4 车体结构的有限元离散一- 1 5 2 4 1 单元的选择1 5 2 4 2 车体的离散模型18 2 4 3 边界条件：19 2 5 本章小结1 9 3 车体结构强度仿真分析2 1 v 、 7 北京交通大学硕士论文 3 1 载荷处理2 1 3 1 1 计算工况2 2 3 2 计算结果评价分析2 3 3 2 1 车体结构强度评定和刚度标准2 3 3 2 2 计算结果分析。2 4 3 3 结论j 3 9 4 车体模态分析4 1 4 1 分析算法原理简介4 1 4 1 1 结构模态分析算法原理。4 1 4 2a n s y s 模态分析介绍4 2 4 2 1a n s y s 模态分析的一般步骤4 2 4 2 2a n s y s 模态的提取方法4 3 4 3 有限元模型的建立4 4 4 4 模态评定标准。4 4 4 5 模态结果与分析4 5 4 5 结论4 8 5 车体的实测应力值评价及改进方案4 9 5 1 应力的测试4 9 5 2 计算结果比较分析5 0 5 3 结构补强方案5 5 5 4 本章小结5 9 6 车体局部结构的强度分析一6 l 6 1 子模型概述6 1 6 2a n s y s 中子模型方法的分析步骤。6 2 6 2 1 生成并分析粗糙模型。6 2 6 2 1 建立子模型。6 2 6 2 3 生成切割边界插值6 3 6 2 4 分析子模型。6 3 6 2 5 验证切割边界和应力集中位置的距离是否足够。6 4 6 3 局部结构的子模型法应用6 5 6 3 1 二位端门角的应力分析。6 5 6 3 2 二位端窗角的应力分析6 7 6 4 本章小结6 9 7 车体局部结构的优化设计：7 1 目录 7 1 结构优化设计基本理论7 1 7 1 1 优化设计概念。7 l 7 1 2 优化设计的分类和算法7 2 7 1 3h y p e r m e s h 中o p t i s t r u c t 模块的结构优化设计7 3 7 2 基于o p t i s t r u c t 的车体侧墙结构优化7 4 7 2 1 优化参数7 4 7 2 2 目标函数和约束条件。7 4 7 2 3 优化工况一7 5 7 2 4 优化结果及分析。7 5 7 2 5 优化后车体的强度校核一7 6 7 3 本章小结7 7 8 结论与展望一7 9 8 1 结论7 9 8 2 展望8 0 参考文献。二81 作者简历8 3 独创性声明8 4 学位论文数据集一8 5 1 绪论 1 绪论 1 1 课题的研究背景及工程意义 1 1 1 选题背景 社会的进步和生产力的发展，推动着现代交通运输业的飞速发展。轨道交通 历史悠久，由于其自身的特点和优势，成为地面交通的主要支柱之一。但是随着 汽车、航空和管道运输的迅速发展，铁路不断受到新的浪潮的冲击。为了适应社 会和经济发展的需要，适应货主和旅客一安全、准确、快速、方便、舒适的要 求。各国铁路纷纷进行大规模的现代化技术改造，同时改革运输组织工作，积极 采用高新技术，在重载、高速运输和信息技术方面取得了新的突破，再加之现代 管理和优质服务以及铁路的区域联网、洲际联网，使铁路增添了新的活力，在陆 上运输中仍继续发挥着骨干作用，在现代化运输方式中占着重要的地位【l 】o 为适应我国经济的迅速发展，满足旅客快速出行需求，铁路部门通过引进先 进技术，联合设计制造，打造中国品牌的方式，在6 0 0 3 公里的既有线上大量开行 了时速2 0 0 至2 5 0 公里的高速动车组，成功实施了第六次大提速，大大缩短了旅 行时间，使旅客出行更加便捷，有力地促进了区域经济发展。 这次大提速的鲜明特点是投入了大量的新技术装备，其中特别引人注目的是 一批具有世界先进水平的高速动车组，它们是我国铁路引进技术，消化吸收和再 创新的丰硕成果。本论文正是以唐山轨道客车有限公司与西门子合作研制的c r h 3 型动车组拖车车体为基础，对此进行结构强度分析。 1 1 2 工程意义 动车组车体结构是动车组的主体，而动车组车体结构设计不同于我国现行普 通的客车车体结构设计。为了满足高速列车的运用的要求，对车体结构的要求也 更加严格i z j ：第一是因为高速列车在交会和进入隧道时，压力波动明显增加，所以 需要强化车体结构；第二是随着高速化、现代化的实现，需要增加许多设备安装 在车体上；第三是由于车速的提高，轮轨间的动力作用加剧；第四是随着车速的 提高，单位重量需要的功率就会增加。前两项来看需要增加车体的强度，而从后 两项来看需要努力减轻车辆自重。因此车体承载结构轻量化就成为一个极为重要 的研究课题。由于车体承载结构在动车组车体自重中占有相当大的比重，所以其 北京交通大学硕士论文 轻量化是减轻车辆自重有效途径。在保证车体结构强度要求以及高寿命的安全度 和可靠性要求的前提下，尽量减轻车体自重，以满足车体轻量化要求。车体轻量 化设计的途径主要归纳为两个方面： ( 1 ) 采用轻量化材料，以轻质高强度材料代替高密度材料，这是轻量化设计 最为直接的方法； ( 2 ) 运用结构优化设计技术，这是在已有材料和结构的基础上，根据要求设 置参数和约束，采用最优化技术得到最轻量结构参数设计方案，是近二十年间迅 速发展起来的一种现代设计方法。随着电子计算机技术的应用和发展，这种方法 被越来越广泛地应用在机械，建筑等结构设计各领域，成为工程设计的重要手段 之一，也是较高层次的设计技术【3 1 。 我国目前在高速列车车体设计上虽然进行了大量的研究，并取得了较大的进 步，也设计了中华之星等高速列车，但与世界先进技术相比，还有待于进一步完 善。本论文将借本次铁路跨越式发展之际，分析国内自主消化设计的动车组车体 结构，借鉴国外在高速列车车体设计的先进经验，特别是国外在做车体结构分析 方面的方法与经验，工况条件设定，分析结果处理经验，为我国今后的动车组车 体自主研发提供一定的依据【8 j 。 1 2 有限元技术在车体结构设计中的工程应用 过去，机车车辆承载结构强度分析主要采用材料力学、结构力学、弹性力学 等的计算方法，计算工作量大而且精度不高。而有限元技术最初应用在轨道车辆 上也只是对车体结构进行简单的静态特性分析，作为轨道车辆车体结构设计的初 步依据。随着有限元理论的不断成熟，计算机软硬件的发展以及各种功能完备的 大型商业软件的出现( 如a n s y s 、a d i n a 等) ，使解题规模和求解精度都大大提高， 车体承载结构强度分析方法现在主要采用有限元法。车体结构有限元分析是车体 结构设计的主要内容之一。同时有限元技术也被应用于车体结构的优化设计和动 态特性分析等领域，而动态特性分析一般是进行模态分析，获得车体结构的固有 频率及相应的振型，同时可作为优化的目标或约束 4 1 。 目前轨道车辆有限元分析的大型商业软件主要是a n s y s ，该软件功能强大， 能够完成复杂工程问题的计算。通过a n s y s 软件对车体结构进行有限元分析计 算，以车体重量最轻和改善车体整体受力性能为目标，分析车体在运行过程中所 处的载荷，确定零部件在安全性和耐久性条件下所允许的最大应力和应变，判断 零部件是否满足设计要求，以检验设计的合理性，同时提出结构优化的方案，使 整个车体满足实际运用和国家相关标准对车体强度的要求。 2 1 绪论 1 3 本论文主要内容及方法 1 3 1 本论文的主要内容 结合动车组技术“引进、消化、吸收、再创新”，本文主要完成了以下工作： ( 1 ) 车体结构有限元模型的建立 在充分了解动车组c r h 3 拖车车体结构特点和材料力学性能的基础上，采用有 限元软件h y p e r m e s hv 1 0 0 建立车体的有限元模型，并叙述车体结构网格划分方式 与单元类型。 ( 2 ) 基于三维模型车体结构强度分析 借鉴国内外的车辆技术标准，按照e n l 2 6 6 3 所规定的技术要求确定载荷工况， 分析拖车车体在各个工况下的静强度。 ( 3 ) 模态计算分析 介绍了结构模态有限元分析的理论基础，利用有限元分析软件a n s y s 计算整 车车体的固有频率。 ( 4 ) 对实测应力的评估及补强改进 把实测的应力值与计算仿真的应力值进行对比，并分析结构的合理性，对结 构薄弱之处加以补强改进。 ( 5 ) 局部结构强度分析 运用子模型方法对车体的局部，如门角等，一些应力较大的部位进行更为详 细的有限元强度计算。 ( 6 ) 局部结构优化设计 在h y p e r m e s h 里利用o p t i s t r u c t 模块对车体侧墙的局部结构进行优化，使其在 满足强度要求下减轻车体的总重。 1 3 2 本论文基本方法 车体结构的有限元分析是新型结构设计的重要内容之一。纵观全车的整个设 计过程，在设计方案中，有限元计算可以合理布置车体及零部件的安装位置；在 技术层面上，有限元计算可以合理设计板材的具体尺寸；在设计成型后，可以通 过有限元计算来检验结构设计的合理性并校核强度等方面的要求标准，并对车体 的改进更新提供有力的科学依据。 通过有限元法对车体进行分析计算，分析车体在运用中所处的载荷，确定零 部件在安全性和耐久性条件下，运用时所允许的最大应力和变形，判断零部件能 3 北京交通大学硕士论文 否满足设计要求，以检验设计的合理性 6 - 1 。 对于车体的结构分析，国内外现如今都以有限元分析为主，通过有限元软件 对结构进行强度分析和设计改进。这种方法在车体结构分析中的应用是最为传统， 但至今也是最为有效的。本文采用a n s y s 和h y p e r m e s h 两种有限元软件对国产 化动车组车体进行研究分析，期望在此方面能够给国内客车车体的设计提供一些 有效的方法和技巧。 4 2 车体结构与有限元分析模型 2 车体结构与有限元分析模型 车体可以说是铁道车辆上最重要的部件之一，它是车辆运输的直接载体。对 于客车而言，车辆的舒适性和安全性等各种性能都与车体设计密切相关。本文根 据c r h z 型动车组车体的各零部件工程图，用三维建模软件p r o e 建立车体结构的 几何实体模型，并按照装配图所确定的各零部件相互位置和关系将各零部件进行 装配，得到车体的整体几何模型；用强大的前处理软件h y p e r m e s h 来划分网格， 为有限元计算提供准备工作。 2 1 实体模型的基本结构和参数 2 1 1 车体的基本结构及参数 和谐号c i m 3 型时速3 8 0 公里动车组是中国北车集团唐山轨道客车有限责任公 司和德国西门子公司采取技术合作方式，根据我国铁路技术装备现代化要求，引 进世界顶级高速动车组先进技术，构建起时速3 5 0 公里动车组产品技术平台后，由 唐山轨道客车有限责任公司生产。该车拖车车体采用六面体结构，包括一个底架 焊接单元、两个侧墙焊接单元、一个车顶焊接单元、两个端墙焊接单元。c r h 3 车 体采用大型挤压中空铝型材焊接而成。车体结构如图2 1 ，图2 2 所示。 端墙 图2 - 1c r i - 1 3 拖车车体 f i g 2 1c r h 3 t r a i l e rb o d y 5 北京交通大学硕士论文 j 黧季圣基垂三三垂兰兰基姜臻套 图2 - 2 拖车车体的结构图 f i g 2 - 2t h es t r u c t u r eo f t h et r a i l e rb o d y 拖车车体的主要技术参数如下： 车体结构：大型中空铝合金挤压型材焊接结构 最高运营速度( k m h ) ：3 8 0 头车车辆长度( i 姗) ：2 4 2 6 0 中间车辆长度( i i l i l l ) ：2 4 1 7 5 车辆宽度( n 1 1 1 1 ) ：3 2 5 7 车辆高度( i 姗) ： 3 9 1 5 车辆定距( 衄) ：1 7 3 7 5 中间车辆重量( k g ) ： 1 1 0 3 5 2 1 2 车体结构主要组成部分 c r h 3 车体结构主要由底架、侧墙、车项、端墙等四大模块组成。 1 ) 底架 c r h 3 车底架主要由两大部分组成，底架前端结构和底架中部结构，底架中部 结构包括地板、边梁两部分，边梁纵向贯通，底架前端和地板均与边梁焊接。底 架前端和地板通过连接梁、连接板相连，连接梁为型材，连接板可以调整宽度， 保证车体长度。 图2 - 3 车体底架前端的结构图 f i g 2 3t h es t r u c t u r eo f t h ef r o mc h a s s i s 6 2 车体结构与有限元分析模型 地板由六块带有相同t 型槽的挤压铝型材拼焊而成，各种车下设备均悬挂在t 型槽内，安装方便快捷，而且具有很高的可靠性。 2 ) 侧墙 侧墙为铝合金轻型结构，按d i n 5 5 1 3 ( 轨道车辆材料铝和铝合金) 标准设 计，侧墙板为大型铝合金挤压型材。各车侧墙的外部轮廓及型材断面组成均相同， 都是由5 块大型中空铝型材拼焊而成。侧墙窗口下部型材1 ，2 和上部型材4 ，5 为连续通长的中空挤压型材，与单个的窗间型材3 焊接而成。侧墙型材的平均壁 厚是3 - 4 m m ，空腔内筋的平均厚度是2 5 m m 。 侧墙的型材内侧有t 型槽或l 型导轨，用来安装内装件或设备。附件的生根 方式有粘接、铆焊和焊接等。其铆接的吊码与侧墙之间有塑料垫板，具有减振的 功能。通长的型材在端部都留有小孔用以排净空腔内部的冷凝水。 3 ) 车顶 车顶结构主要有高顶和平顶( 放置受电弓等车顶设备) 构成。 各车高顶的外部轮廓及型材断面结构相同，都是由5 块大型中空铝型材拼焊而 成。这5 块型材又可以分为两部分，即构成中顶的三块和两侧边顶的两块。中顶的 三块型材之间是靠内外的两道v 型焊缝连接，而中顶与边顶之间靠内外的两道角焊 连接，目的是靠此来调节整个车项的总尺寸及外形轮廓。 高顶为车体整体筒形结构的一部分，除考虑车体整体承受的纵向载荷及垂向 载荷以外，还要考虑车内风道、线槽、顶板、行李架等内部装置的安装，这些是 通过沿车体纵向通长的5 道c 型槽实现的，c 型槽的位置是设计型材断面的重要参考 数据之一。车顶满足体重1 0 0 k g 的工作人员在车顶行走而不损毁的强度要求，高顶本 身是拱形结构，对垂向载荷的承载能力本身就比较强。高顶结构如图2 4 所示。 图2 4 高顶结构图 f i g 2 - 4h i g hr o o fs l r u c t u r e 7 北京交通大学硕士论文 各车平顶的外部轮廓及型材断面结构相同，都是由5 块大型中空铝型材拼焊而 成。由于平顶型材整体的截面厚度比较小，并且平顶轮廓不是适应承载的拱形结 构，而且平顶上安装的设备的重量都是比较大的，所以型材上下面及中间筋的材 料厚度均比其它部位型材厚很多。与高顶结构类似，这5 块型材也可以分为两部分， 即构成平顶中部的三块和两侧边项的两块。平顶中部的三块型材之间同样是靠内 外的两道v 型焊缝连接，而平顶中部与边顶之间靠内外的两道角焊连接，如图2 - 5 所示。 图2 5 平顶结构图 f i g 2 - 5f l a tr o o fs t r u c t u r e 4 ) 端墙 c r i - 1 3 动车组端墙分为3 种。端墙主要由四个部件组 成：门框、角柱、端墙板和端墙附件。端墙侧面如图2 6 所示。4 个部件中包括7 个零件。门上板1 块、门角两块、 门柱两块、门板两块。门上板分为两种，其余都是由相同 的零件组成。 在c r h 3 车体端墙结构中，除了两块盖板用铝板加工 外，其余的部件均为铝型材，由车体外形决定；端墙上的 角柱和顶部弯梁均需要拉弯，所以端墙外形的质量主要依 靠型材的拉弯质量来保证。 综上，该车结构有以下特点： 图2 - 6 端墙结构图 f i g 2 - 6s i d ew a l ls t r u c t u r e 1 ) 车体结构采用双壳的结构，大幅减少零件数量，但其刚性高，降噪效果好， 乘车舒适性提高； 2 ) 质量比钢制车体轻，大幅降低轴重，从而降低运营成本； 3 ) 型材之间采用插接形式，有可调量，能保保证车体的总体尺寸； 4 ) 在强度薄弱环节和重要部位采用强度更高材料或者增加型材厚度来弥补。 8 2 车体结构与有限元分析模型 2 1 3 车体材料特性 本论文计算用到的动车组拖车车体材料主要采用6 系铝合金材料，它们的机 械性能参数如抗拉强度、屈服许用应力等在表2 1 中给出。 表2 - 1 材料特性表【5 】 t a b l e2 - 1p r o p e r t i e so fm a t e r i a l 强度极限弹性极限 材料状态厚度 非焊缝区焊缝区非焊缝区焊缝区 t 5 i 珈皿2 7 01 6 52 2 51 1 5 t 6 实心挤压型材5 m m t _ 1 0 m m2 6 01 6 52 1 51 1 5 e na w 击0 0 5 a1 0 m m t _ 9 2 5 m m2 5 01 6 52 0 01 1 5 t 5 n 姗2 5 51 6 52 1 51 1 5 t 6 空心挤压型材 5 m m t 1 5 m m2 5 01 6 52 0 01 1 5 e na w - 6 0 0 8 t 6 实心和挤压型材 2 5 51 6 52 1 51 1 5 t 6 实心挤压型材 t 5 m m2 9 01 8 52 5 01 1 5 5 m m t _ _ 翌5 m m3 1 01 8 52 6 01 1 5 t 6 实心和挤压型材 2 5 m m t _ 4 0 m m3 1 01 8 52 6 01 1 5 e na w - 6 0 8 2 0 4 m m t 6 m m3 1 01 8 52 6 01 1 5 t 6 薄榭板材 6 m m t 1 2 5 m m3 0 01 8 52 5 51 1 5 12 6 m m t _ 6 0 m m2 9 51 8 52 4 01 1 5 h 1 1 10 2 m m t _ 5 0 m m2 7 52 7 51 2 51 2 5 e na w - 5 0 8 3 h 3 2 10 2 m m t _ 1 8 0 x 1 0 9 n n 1 2 3 2 2 计算结果分析 ( 1 ) 第( 1 ) 种工况 车体在车钩缓冲位纵向1 0 0 0 k n 拉伸载荷情况下，其最大单元等效应力值为： 1 0 2 8 2 2 m p a ，发生在二位端裙板与底架边梁的连接处，其材料为e na w 6 0 0 5 a ， 许用应力为2 1 5 m p a ：端墙处下盖板的应力也较大，其单元等效应力值为 8 6 7 4 3 m p a ，此处的材料是e na w 5 0 8 3 ，许用应力为1 2 5 m p a 。由此可知，其应 力值均在许用应力范围之内。车体底架边梁的垂向变形为4 0 7 9 m m ，其应力云图 及垂向变形图如图3 _ 2 - - - 3 5 所示。 图3 2 车体结构整体应力云图 f i g 3 2v m s t r e s s e so nb o d ys t r u c t u r e 图3 4 二位端底架下盖板应力云图 f i g 3 _ 4v m s t r e s s e s ，e 2u n d e r c o v e ro f t h ec h a s s i s 图3 - 3 二位端裙板应力云图 f i 9 3 3v m s t r e s s e s ，e 2a p r o n 图3 - 5 车体整体垂向位移云图 f i g 3 5v e r t i c a ld i s p l a c e m e n to f t h eb o d y 3 车体结构强度仿真分析 ( 2 ) 第( 2 ) 种工况 车体在车钩缓冲位纵向15 0 0 k n 压缩载荷情况下，其最大单元等效应力值为： 1 5 4 8 5 8 m p a ，发生在二位端裙板与底架边梁的连接处，其材料为e na w 6 0 0 5 a ， 许用应力为2 1 5 m p a ：端墙处下盖板的应力也较大，其单元等效应力值为 1 3 0 11 6 m p a ，此处的材料是e na w 5 0 8 3 ，许用应力为1 2 5 m p a ；二位端远离端墙 下门角内侧的单元等效应力值为1 2 0 3 4 5 m p a ，此处的材料是e na w - 6 0 0 5 a ，许 用应力为1 1 5 m p a 。可以看出，二位端底架处下盖板和下门角的应力值已超出许用 图3 石车体结构整体应力云图 f i g 3 - 6v m s t r e s s e so nb o d ys t r u c t u r e 图3 8 二位端底架下盖板应力云图 f i g 3 8v m s 订e s s e s ，e 2u n d e r c o v e ro f t h ec h a s s i s 图3 1 0 二位端上门角应力云图 f i g 3 - 10v m s t r e s s e s ，e 2u p s i d eo f t h ed o o rc o m e r 图3 7 二位端裙板应力云图 f i 驴一7v - m s t r e s s e s ，e 2a p r o n 图3 - 9 二位端下门角应力云图 f i g 3 9v m s t r e s s e s ，e 2u n d e r s i d eo f t h ed o o rc o m e r 图3 - 11 车体整体垂向位移云图 f i g 3 - 11v e r t i c a ld i s p l a c e m e n to f t h e b o d y 北京交通大学硕士论文 应力范围。车体底架边梁的垂向变形为6 1 5 6 m m ，其应力云图及垂向变形图如图 3 - 6 - 3 1 1 所示。 ( 3 ) 第( 3 ) 种工况 在一位端地板上方1 5 0 m m 处4 0 0 k n 压缩载荷情况下，其最大单元等效应力值 为：5 7 8 9 4 m p a ，发生在一位端上门角外侧，其材料为e na w 6 0 0 5 a ，许用应力 为2 0 0 m p a ；一位端靠近端墙处的下门角的应力也较大，其单元等效应力值为 5 6 5 9 4 m p a ，此处的材料同为e na w 6 0 0 5 a ，许用应力为2 0 0 m p a 。由此可知，其 应力值均在许用应力范围之内。车体底架边梁的垂向变形为1 3 4 4 m m ，其应力云 图及垂向变形图如图3 1 2 3 1 5 所示。 图3 1 2 车体结构整体应力云图 f i g 3 一1 2v m s t r e s s e so nb o d ys l l a l c t u r e 图3 1 4 一位端下门角应力云图 f i g 3 - 1 4v m s t r e s s e s ，e 1u n d e r s i d eo f t h ed o o rc o r n e r 图3 1 3 一位端上门角应力云图 f i g 3 - 1 3v m s t r e s s e s ，e 1u p s i d eo f t h ed o o rc o m e r 图3 1 5 车体整体垂向位移云图 f i g 3 15 v e r t i c a ld i s p l a c e m e n to f t h e b o d y ( 4 ) 第( 4 ) 种工况 在一位端窗台高度3 0 0 k n 压缩载荷情况下，其最大单元等效应力值为： 1 1 2 3 7 2 m p a ，发生在一位端门柱处，其材料为e na w 一6 0 0 5 a ，许用应力为2 0 0 m p a ； 一位端靠近端墙处的下门角的应力也较大，其单元等效应力值为1 0 8 4 2 6 m p a ，此 处的材料同为e na w 6 0 0 5 a ，许用应力为2 0 0 m p a 。由此可知，其应力值均在许 图3 1 6 车体结构整体应力云图 f i g 3 1 6v m s t r e s s e so nb o d ys t r u c t u r e 图3 1 8 一位端上门角应力云图 f i g 3 - 18v m s t r e s s e s ，e 1u p s i d eo f t h ed o o rc o m e r ( 5 ) 第( 5 ) 种工况 图3 2 0 车体结构整体应力云图 f i g 3 2 0v m s t r e s s e so nb o d ys t r u c t u r e 图3 1 7 一位端车门门框应力云图 f i g 3 - 1 7v m s t r e s s e s ，e 1d o o rf r m e 图3 1 9 车体整体垂向位移云图 f i g 3 - 19v e r t i c a ld i s p l a c e m e n to f t h e b o d y 图3 2 l 一位端上门角应力云图 f i g 3 2 1v m s t r e s s e s e 1u p s i d eo f t h ed o o rc o r n e r 北京交通大学硕士论文 图3 - 2 2 车体整体垂向位移云图 f i g 。3 2 2v e r t i c a ld i s p l a c e m e n to f t h eb o d y 在一位端上边梁3 0 0 k n 压缩载荷情况下，其最大单元等效应力值为： 1 1 9 8 3 2 m p a ，发生在一位端靠近端墙的上门角，其材料为e na w 6 0 0 5 a ，许用应 力为2 0 0 m p a 。由此可知，其应力值均在许用应力范围之内。车体底架边梁的垂向 变形为o 5 m m ，其应力云图及垂向变形图如图3 _ 2 0 - - 一3 2 2 所示。 ( 6 ) 第( 6 ) 种工况 在二位端地板上方15 0 m m 4 0 0 k n 压缩载荷情况下，其最大单元等效应力值为： 8 0 812 m p a ，发生在二位端靠近端墙的上门角处，其材料为e na w 6 0 0 5 a ，许用 应力为2 0 0 m p a 。由此可知，其应力值均在许用应力范围之内。车体底架边梁的垂 向变形为1 2 2 1 m m ，其应力云图及垂向变形图如图3 - 2 3 - 3 2 5 所示。 图3 2 3 车体结构整体应力云图 f i g 3 - 2 3v m s t r e s s e so l lb o d ys t r u c t u r e 图3 - 2 5 车体整体垂向位移云图 f i g 3 - 2 5v e n i c md i s p l a c e