（光学工程专业论文）动车组m2s车体结构分析及车下悬挂设备布局优化.pdf

韭丞盆迤厶堂亟堂垃盈塞尘塞埴壁 中文摘要 摘要；针对动车组引进、消化、吸收_ 和再创新的项目计划，本文对动车组m 2 s 车体进行了常规的结构强度、刚度和动态性能分析，结构抗疲劳和气密性能的 研究，并对车下悬挂设备的最优化布局进行了探讨。 本文采用大型有限元软件a n s y s 对m 2 s 车体进行建模和仿真分析，得出 了2 3 种计算工况下车体结构的应力和位移分布。计算结果满足 u i c 5 6 6 ) ) 标 准、欧洲e n l 2 6 6 3 标准和欧洲代码9 标准。模态分析得出了整车空载状态 下的前六阶振动频率和振型，其中一阶垂向弯曲频率大于1 0 h z ，能够避免与轨 道之i 日j 产生共振。 此外，本文利用a n s y s 、h y p e r m e s h 软件及i s i g h t 优化平台作为实施工 具，针对车下设备悬挂布局求解的复杂问题，求解了复杂设计空间中使车下设 备悬挂满足最小轴重及轮重差的要求。计算结果表明，本文采用的两种组合优 化策略对求解该问题是行之有效的。 本文的研究工作为高速列车车体结构的分析和车下悬挂设备布局的设计提 供了一定的参考价值，也为优化设计在机车车辆中的深入研究打下了一定的基 础。 关键词：动车组；结构分析：车下设备；布局优化 分类号：u 2 7 2 3 e 躯窑堑厶堂亟! ：! i 三位堡塞 曼s ! b 工 a b s t r a c t a b s t r a c t ：a i m i n ga tt h ep r o j e c to fe m u si n t r o d u c t i o n ，a s s i m i l a t i o n ，a b s o r p t i o n a n dr e i n n o v a t i o n ，i nt h i sp a p e r , t h es t r u c t u r a l s t r e n g t h ，s t i f f n e s sa n dd y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c so ft h em 2 sb o d y s h e l lw a sa n a l y z e d ，i na d d i t i o n ，f a t i g u er e s i s t a n c ea n d a i rt i g h t n e s so ft h es t r u c t u r ew a sr e s e a r c h e d t h eo p t i m i z a t i o no fl a y o u to fb o t t o m s u s p e n s i o ne q u i p m e n t sh a sa l s ob e e np r o b e di n t o i nt h i sp a p e rf i n i t ee l e m e n ts o t h a r ea n s y sw a su s e df o rm 2 sb o d y sm o d e l b u i l d i n ga n ds i m u l a t i o na n a l ) , s i s t h ed i s t r i b u t i o no fs t r e s s e sa n dd i s p l a c e m e n t so ft h e b o d yi n2 3k i n d so fc o m b i n e dl o a dc a s e sw e r eo b t a i n e d i tm e e t s ”u i c 5 6 6 ”s t a n d a r d t h ee u r o p e a n ”e n l 2 6 6 3 ”s t a n d a r d sa n dt h ee u r o p e a nc o d e9s t a n d a r d s t h ef i r s ts i x b a n dv i b r a t i o nf r e q u e n c i e sa n dm o d e su n d e r1 1 0 一l o a ds t a t eo ft h ew h o l ev e h i c l ew e r e o b t a i n e di nt h em o d a la n a l y s i s t h ef i r s tb a n dv e r t i c a lb e n d i n gf r e q u e n c yi sg r e a t e rt h a n 1 0 h z ，t oa v o i dr e s o n a n c eo f t h eb o d ya n dt h er a i l w a y f u r t h e r m o r e ，i nt h i sp a p e rs o f t w a r ea n s y s ，h y p e r m e s ha n di s i g h to p t i m i z a t i o n p l a t f o r mw a su s e da sa n a l y s i st o o l st oa n s w e rt ot h en e e dw h i c ha s k st h eb o t t o m s u s p e n s i o ne q u i p m e n t st om e e tt h em i n i m u mg r o s sr a i ll o a do na x l ea n dt h ed i f f e r e n c e o ft h ew h e e lw e i g h ti nt h ec o m p l e xd e s i g ns p a c e ，a st ot h ec o m p l i c a t e dp r o b l e mo ft h e s o l u t i o nt ol o c a t i o no ft h es u s p e n s i o ne q u i p m e n t s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h et w o c o m b i n a t o r i a l o p t i m i z a t i o ns t r a t e g i e su s e di n t h i sp a p e ra r ee f f e c t i v et os o l v et h e p r o b l e m t h er e s u l t so f t h i ss t u d yh a sc e r t a i nr e f e r e n c ev a l u ef o rl a y o u td e s i g no f h i g h s p e e d t r a i n ss u s p e n s i o ne q u i p m e n t ，a n da l s ol a i dac e r t a i nf o u n d a t i o nf o rt h ei n - d e p t hs t u d y o nl a y o u to p t i m i z a t i o nd e s i g no f t h e r o l l i n gs t o c k k e y w o r d s ：e m u ：t h ea n a l y s i so f t h es t r u c t u r e ；t h eb o t t o ms u s p e n s i o ne q u i p m e n t s ； t h eo p t i m i z a t i o no f l a y o u t c l a s s n 0 ：u 2 7 2 3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留，使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：索重 签字日期： 。7 年1 2 月7 日 导师签名： 吃钾一埠 争i ， 签字日期： 刃年 p 月r 7 t = 1 e 巫窑堑厶主亟l 1 z i i 迨塞垫剑挂庄明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：豪重聿 签字同期： 。7 年i z 月7 日 致谢 本论文是在吴作伟副教授的悉心指导和关怀下完成的。两年多束，导师孜孜 不倦的教诲，不仅保证了课题的顺利完成，而且使本人的专业理论和科研能力得 到了进一步的巩固和提高，这将为我今后的工作和学习奠定良好的基础。从导师 这里，不仅学到了丰富的知识，学到了严谨的治学态度和活跃的思维方法，更为 重要的是得到了做人方面的指导，所有这些将使我终生受益。在论文完成之际， 特向尊敬的导师致以崇高的谢意。 感谢北京交大机车车辆研究所的老师们，是老师们教授的知识为本课题的顺 利进行打下了理论基础，同时，各位老师严谨的治学态度也给我留下了深刻的印 象，指导并激励着我的学习和生活。 感谢在平时生活和学习中给过我关心和帮助的同学们，还要感谢在百忙中评 阅本论文的诸位专家。 在此还要感谢我的父母、亲人，是他们多年来在物质和精神上给予我极大的 关心和支持，使得我顺利完成学业。 最后，再次向所有关心、支持和帮助过我的老师、同学表示衷心的感谢。 j b 立窑适厶堂亟 ：羔位i 金塞 绪途 1 1 论文背景旧，3 】 1 绪论 随着我国近年社会经济的高速发展、铁路运输需求的快速增加，整个社会对 提高铁路运输效率和质量提出了越来越高的要求，高速铁路是一个国家铁路运输 现代化的重要标志之一。 在旅客运输中，高的舒适性和短的旅行时问是选择交通运输的主要因素，而 这两点正是高速铁路所具备的。在4 0 0 5 0 0 k m 中等距离的城问运输中，高速铁路的 旅行时间少于飞机。当前高速铁路正受到越来越多的重视，不少国家的高速铁路 己投入运用或下在建设中。 1 9 6 4 年，高速铁路的先驱一闩本新干线投入运用，列车最高速度达到21 0 k m h 。 在新干线通过的在区，集中了r 本2 3 的人口和3 4 的经济，对同本的经济发展有 重大意义。英国国家铁路仓q 造了新的运输模式“i n t e rc i t y ”一城i b j 快速列车， 1 9 8 9 年，i n t e r c i t y 2 2 5 列车创造了最高速度2 6 0 k m h 的英国纪录。意大利于9 0 年 代投入运用的p e n d o l i n 主动控制摆式车辆最高速度达3 0 0k m h ，西班牙的t a l g o 歹i j 车运行速度达2 5 0k m h 。在高速列车中，法国的t g v 与德因的i c e 是当今世界最为 先进成熟的两种机车。1 9 9 0 年5 月t g v 在试验中速度达n 5 1 5 k m h ，创造了新的世界 纪录。法国的轮轨系统研究与德国采取了不同的方式，法国的研究密切结合实际 中的开发与试验，德国的研究由理论研究丌始。早在1 9 7 2 年德国就确定了发展高 速铁路的目标，1 9 8 8 年试验i c e 最高试验速度达n 4 0 7k m h ，1 9 9 1 年i c e 商业运营 速度达2 5 0k m h 。1 9 8 5 年，欧洲1 2 国成立了1 2 国联盟，研究发展欧洲高速铁路。 1 9 8 9 年共同提出了泛欧高速铁路计划，决定发展欧洲高速铁路网拟定了欧洲高速 铁路的建设计划。此外，美国、韩国、加拿大、澳大利亚、南非也纷纷制定了自 己的高速铁路发展计划。 面对迅猛发展的高速铁路，发展我国的高速铁路，借鉴、消化、吸收国外的 先进经验是十分必要的。因次，我国先后与法国、闩本、德国等国家合作引进动 车组的设计、制造技术。 2 0 0 7 年4 月1 8 n ，第六次大提速的顺利完成，高速动车组开始在我国铁路上运 行，这次提速在我国铁路史上具有重大的意义，动车组时速达到了2 0 0 k m h ，标志 着我国迸入了高速列车时代。 此外，随着计算机技术的飞速发展和有限元软件的不断成熟，使得精确、快 韭塞窑堑厶堂亟! ：仝位监塞绻途 捷地完成大型结构的仿真成为了可能，近几十年来各国相继丌发了许多大型有限 元程序，如a l g o r ，a n s y s 、a b a c u s 、m a r k 和n a s t r a n 等。其中美目 a n s y s 公司生产的a n s y s 软件是一种功能强大的有限元通用软件，具有强大的 前处理、求解和后处理功能，目前广泛应用于航空、航天，汽车、船舶，铁路， 交通电子，机械制造，地质矿产，水利水电，石油化工。煤炭核能，生物医学， 土木工程等领域的研究。a n s y s 作为广泛应用的有限元软件，把有限元数值分析 技术和c a d 、c a e 、c a m 等图像处有机的结合在一起。a n s y s 除了发展多种与 c a d 直接转换的接口以外，同时使自己的输出文件格式通用化和标准化。用户可 以在c a d 中建模，然后通过a n s y s 和c a d 接口导入模型进行计算，也可以在 a n s y s 中以用户界面方式利用菜单建模输入初始数据，进行计算和察看计算结果。 用户还可以用a n s y s 的a p d l 语言，用命令流的方式进行建模、计算和察看结果。 i s i g h t 多学科优化平台的出现，使优化设计在实际工程中的应用越来越广泛。 i s i g h t 几乎可以集成现在所有的大型c a e 有限元分析软件，并且软件本身提供 了多种优化算法，包括多种经典的数值优化算法、具有全局寻优能力的遗传算法、 模拟退火方法、多目标遗传算法，使得有限元强大的计算分析功能和优秀的优化 理论算法相结合来解决大型布局优化问题成为可能。 1 2 论文的意义 在“全面引进技术，联合设计生产，打造中国品牌”的原则主导下，我国与 法国、日本、德国等国家合作引进动车组的设计、制造技术。通过引进、消化、 吸收及自主创新的方式，实现了我国铁路动车组设计、制造业的现代化，提高了 我国铁路行业的总体水平及综合实力。 目前，高速动车组已经开始投入运行，我们要在熟练掌握动车组的设计、制 造技术的同时，结合我国的气候、地形以及铁路状况等对动车组的结构进行改进， 使之真j 下实现国产化。 对车体结构进行静强度分析，得到各种工况下车体应力的分布情况，找出容 易破坏的部位，以便对其结构进行改进。此外，仿真分析也对实际的试验测量具 有指导意义。 对车体进行模念分析，得出车体的自振频率和振型。应满足车体的一阶垂向 弯曲频率大于1 0 h z ，从而避免与轨道发生共振。另外通过车体的振动情况也可以 发现哪些部位刚度较小，进而可以对车体结构进行适当改进。 对车下悬挂设备进行布局优化，在不改变车体底架结构的条件下，沿车体纵 向移动悬挂设备，使悬挂设备布局更加合理，从而减小平衡转矩所需的配重。 2 j e 丞窑墟厶尘亟! ：差位纶窑 绪淦 可见，通过对车体进行强度分析、模念分析，可以史加深入地了解m 2 s 车体 结构。了解a l s t o m 的设计舰范和设计理念，从而更女r 的完成消化吸收工作，也 为将来对车体结构进行改进打下了基础。对车下悬挂设备进行布局优化则是自主 创新的部分，因此本文的研究具有探索性的意义。 1 3 论文的主要内容 本论文采用大型有限元软件a n s y s 对c r h 5 动车组的中珏j 车( m 2 s 车) 车 体进行了有限元仿真分析，并对车下悬挂设备进行了布局优化，具体内容可分为 以下几部分： 1 ) 对m 2 s 车体的组成及主要技术参数进行了简要介绍； 2 ) 用有限元软件a n s y s 对m 2 s 车体进行建模和静强度分析。一共对2 3 种组合 工况进行了分析计算，包括：垂直载荷工况、纵向拉伸工况、纵向压缩工况、 吊装工况、疲劳工况、气密性工况等。并对高应力区进行了分析总结，在完成 消化吸收工作的同时，为将来车体结构的改进打下了基础。 3 ) 对m 2 s 车体进行动态性能分析，得出车体的前六阶自振频率和振型。并对结 果进行了分析和总结。 4 ) 介绍了各种实验设计和优化算法，重点介绍了本文用到的优化算法：d o n l p 序n - - 次规划算法和m i g a 多岛遗传算法，针对搜索空间复杂和各个算法的局 限性提出了应用组合优化策略进行优化的方法。 5 ) 用i s i g h t 优化平台对车下悬挂设备进行布局优化。变量是悬挂设备的位置， 目标函数是沿横向坐标轴x 的转矩m x 达到最小。这样重新布局后可以减少用 来平衡转矩的配重。 3 e 童窒堑厶：芒鲤翌位途塞 2 生佳显廑盆i 2 车体强度分析 2 1m 2 s 车简介及结构组成f 4 ，5 】 2 1 1m 2 s 车简介 m 2 s 车是动车组c r h 5 的2 号车厢，是一节带受电弓的中问等车，定员9 3 人， 座椅采用2 + 3 布置方式，为二等车。车体采用大型中空铝合会挤压型材焊接而成， 车体结构如图2 - 1 所示： 幽2 - 1m 2 s 下体结构图 f i 9 2 1t h es t r u c t u r eo f m 2 sb o d y s h e l l 2 1 2m 2 s 车体主要技术参数 最高运营速度( k m h ) ：2 0 0 ( 具备提速到3 0 0 k m h 的条件) 4 瘟坌丝厶堂亟：翌位盈塞 2j ：i 生毯瞧坌逝 最高试验速度( k m h ) ：2 5 0 适应轨距( m m ) ：1 4 3 5 适应站台高度( m m ) ：5 0 0 - 1 2 0 0 牵引功率( k w ) ：5 5 0 0 车体型式：大型中空型材铝合会车体 气密性：车内压力从4 k p a 降到1 k p a 时日j 大于4 0 s 车辆长度( m m ) ：2 5 0 0 0 车辆宽度( m m ) ：3 2 0 0 车辆高度( m m ) ：4 2 7 0 车辆定距( m m ) ：1 9 0 0 0 重量( k g ) ：8 5 0 0 车体结构：中空铝合金挤压型材焊接结构 2 ，1 ，3m 2 s 车主要组成部分 尉籍鲁哥拦科壤趋妥由_ 病架；、懈车预、一乡卜端墙、冉端绱磬弱移享淅组成。 车体底架、侧墙和车顶三大部件之f n j 的连接形式为对接、坡口焊。车项边梁与中 间型材采用插接形式，可调量为2 0 m m ，采用角焊缝。车顶中问型材通过插口对偿 丧建。 | - kj 莓3 型材的褫罄量满是。侧墙型材l 、日j 通过插口 对接在一j i 蔓，术用敬口焊。 刀 图2 - 2 底架l ! 材之间的连接方式 f i 9 2 - 2t h ec o n n e c t i o nw a y sb e t w e e ns e c t i o n a lm a t e r i a l so f t h eu n d e r f r a m e l 鳘i2 - 3 乍顺叩材之问的迎接方式一 f i 9 2 3t h ec o n n l c c t t o l lw a y sb e t w e e nr o o f p r o f i l e s 盛窑堑厶堂型! 匕z i 互逾塞2 互! 生世厦坌蚯 o 夕! 蠢_ ，一+ j 营 投爹 图2 - 4 侧墙型材之间的连接方式 f i 醇- 4t h ec o n n e c t i o nw a yb e t w e e ns i d e w a l lp r o f i l e s ( 1 ) 底架 底架由焊接构架、端部缓冲粱、转向架支座、脚蹬、底架焊接件等部分组成。 其中底架焊接件主要包括牵引电机止挡、废排箱架、接地螺母等部件。 ( a ) 焊接构架 为了最大限度减少构件的焊接，底架下部的型材设有“t 型槽”，用于吊装底 架下部的各种设备。底架焊接构架断面如图2 5 所示： 瞄2 - 5 焊接构架 f i 9 2 5w e l d i n gf r a m e w o r k ( b ) 底架牵枕缓梁 底架牵枕缓梁是车体结构很重要的承载部件。在材料上选用强度较高的 6 0 8 2 - t 6 铝合金，其中枕梁由焊在底架边梁上的8 个枕梁座组成，枕梁座由型材机 加工而成。转向架摇枕用螺栓固定于枕梁座的平面的螺栓孔，安装简单方便，底 架牵枕缓梁如图2 - 6 所示： 图2 - 6 底架牵枕缓粱 f i 簖- 6u n d e r f r a m e - d r e ws l e e p e rb e a m ( c ) 脚蹬 脚蹬是由型材和饭盒工艺而成，脚蹬如图2 7 所示： 6 e 峦窑迤厶：羔麴! ：堂位途塞 2 ：i ；住塑曼2 t 王匠 图2 7 脚蹄倒 f i 9 2 7t h ep e d a l ( 2 ) 侧墙 m 2 s 车侧墙由四块挤压型材焊接而成。材料为6 0 0 5 a t 6 ，厚度为5 0 m m ，内 筋板厚度为2 5 m m 。侧墙截面图如图2 培所示，整体图如图2 - 9 所示： 图2 - 8 侧墙截面图 f i 9 2 8t h es e c t i o n so f s i d e w a l l ( 3 ) 车项 圈2 - 9 侧墙整体图 f i 9 2 - 9t h ep i c t u r eo f s i d e w a l l 车顶由端顶、车顶型材、盖板和车顶焊接件组成。车顶型材由纵向放置的4 种，共7 块挤压型材对称排列组焊而成。材质为6 0 0 5 a t 6 ，厚度为5 0 m m ，内筋 板厚度为2 5 m m 。车顶截面图如图2 1 0 所示，车顶整体图如图2 - 1 1 所示： 幽2 1 0 苹顶截面翻 f i 9 2 1 0s e c t i o n so f r o o f 7 韭立垒道厶翌亟堂i z 睦塞 2j 缝置廛坌蚯 一。 。影。 2 2 车体建模及工况分丰斤【6 ，7 ，8 】 m 2 s 车体的建模和分析是在有限元软件a n s y s 内完成的，并在h y p e r m e s h 中对质量不好的网格进行了修改。在建立车体有限元模型时，对原有的结构进行 了必要的简化。考虑到车体主要承受弯曲变形，所以选择了4 节点6 自由度的壳 单元s h e l l 6 3 ；转向架支座根据其结构特点采用了实体单元s o l i d 4 5 。由于车体结构 比较复杂，所需划分的单元较多，再加上车体结构基本对称，所以只对半车结构 进行了建模和分析。有限元仿真模型的节点总数为1 1 3 2 6 5 ，单元总数为1 2 5 1 6 5 ， 车体有限元模型如图2 - 1 2 所示。 峦盆迪厶三；兰丝! ：堂位论塞2 ，：缝塑廑筮蚯 2 2 1 约束处理 图2 1 2m 2 s 车体有限元模型 f i 9 2 1 2f i n i t ee l e m e n tm o d e lo f m 2 sb o d y s h e l l 因为只对半车进行了建模和分析，所以应在对称面上施加约束，车体在各种 工况下约束的位置如图2 。1 3 所示。( 其中x 轴沿车体横向，y 为垂直方向，z 轴沿 车体纵向由一位端指向二位端) 幽2 1 3m 2 s 乍体有限元分析约求位置 f i 9 2 1 3c o n s t r a i nl o c a t i o n so f m 2 sb o d y s h e l lf e a 车体在各种工况下，各个位置的约束情况如表2 1 所示： 9 ：l e 盛窑墟厶堂亟堂位迨塞2 ：生埋厦筮逝 表2 1乍体各个i ：况卜的约求情况 二l 况 n s y m mn c n | c rn s on s o ln s o ln s on s o n 5 0 r r ar pu - 2 l 2 p l 4 岬u ，4u _ 4 p a cc 1 0 u x ，r y z u y u y z 1 1 u x ，r y zu yu y z 1 2 u x ，r y z u yu y z 1 3 u x ，r y zu y u y z 1 4 u x ，r y zu yu y z 1 5 u x ，r y zu y u y z 1 6 u x ，r y zu yu y z 1 7 u x ，r y zu yu y z 1 8 u x ，r y z u y u y z 1 9 u x ，r y zu yu y z 2 0 u x , r y z u y u y z 2 1 u x ，r y zu y u y z 3 0 u x , r y zu y zu y 3 l u x ，r y z u y z u y 3 2 u x , r y zu yu y z 3 3 u x ，r y z u y u y z 4 0 u y z ，r xu x y u x y ( 注：n s y m m ：对称面上所有节点；n c a r r a ：一位端转向架支座： n c a r r p ：二位端转向架支座：n s o l l 2 a ：一位端两点吊装顶车位： n s o l l 2 p ：二位端两点吊装顶车位：n 5 0 l l 4 a ：一位端四点吊装顶车位： n s o l l 4 p ：二位端四点吊装顶车位；n s o l l 4 a c ：一位端四可选点吊装顶车位： n s o l l 4 p c ：二位端四可选点吊装顶车位) 2 2 2 有限元仿真分析的工况 1 ) 单一工况： 车体结构按照u i c 5 6 6 与e n l 2 6 6 3 标准设计，需要承受以下载荷： 第l o 工况：车钩水平位1 5 0 0 k n 压缩力； 第l l 工况：底架以上1 5 0 m m 处4 0 0 k n 压缩力，e 2 端： e ! 窑垣厶：羔亟i ：! 之位i 佥塞 2 互佳世! 竖经蜓 第1 2 ：【况：腰带水平位3 0 0 k n 爪缩力e 2 端； 第1 31 ：况：上侧梁水平位3 0 0 k njj 、缩力，e 2 端： 第1 4 工况：底架以上1 5 0 m m 处4 0 0 l ( n 压缩力，e 1 端： 第1 5 工况：腰带水平位3 0 0 k n 瓜缩力，e l 端； 第1 6 工况：上侧梁水平位3 0 0 k n 压缩力，e l 端； 第1 7 工况：1 9 重力加速度，工作状念； 第1 8 工况：1 9 重力加速度，有座乘客状态； 第1 9 工况：1 9 重力加速度，每平方米四个站立乘客状叁： 第2 0 工况：3 9 转向架纵向加速度； 第2 l 工况：6 0 0 0 p a 空气动力学压力； 第2 2 工况：6 0 0 0 p a 空气动力学压力( 减小的表面) ； 第3 0 工况：e l 端两点吊装，1 1 倍工作状态： 第3 l 工况：e 2 端两点吊装，1 1 倍工作状态； 第3 2 工况：提供四点吊装，倍工作状态； 第3 3 工况：提供四可选点吊装，1 i 倍工作状态； 第4 0 工况：1 9 横向加速度，过载。 ( 注：工作状态：整备状态下车体质量+ 有座乘客质量8 0 k g 人 过载：整备状态下车体质量+ 有座乘客质量+ 每平方米2 个站立乘客 最大载荷：整备状态下车体质量+ 有座乘客质量+ 每平方米4 个站立乘客) 2 ) 车体强度评价标准 车体强度评价标准如表2 2 所示： 表2 - 2 车体强度评价标准 材料弹性模量泊松比屈服极限许用应力焊接区许用 ( m p a )( 口a )应力( m p a ) a l 6 0 0 5 at 67 0 0 0 0o 32 5 52 1 51 4 0 型材 a l 6 0 0 5 at 67 0 0 0 0 o 32 9 0 2 4 01 5 6 型材( 处理) a l 6 0 8 2t 67 0 0 0 0 o 3 3 0 02 5 51 6 5 型材 3 ) 车体刚度评价标准 旦 上 f 1 0 0 0 j e 塞窑迪厶：羔熊! ：z 位监窑2j 佳i 塑尘盆蚯 ( 注：l 表尔底架边梁的最人垂向位移：f 表示车体定距。m 2 s 牟体j 七距为 1 9 0 0 0 m m 。) 即：底架边梁的最大垂向位移不得超过1 9m m 。 4 ) 组合工况 实际计算工况为以上工况的组合，具体组合方式如表2 3 所示： 表2 - 3 组合i 况 1 h b 2 3c o m b i n e d1 0 a dc a s e s 工 l o 1 11 21 31 41 51 61 71 8 1 9 2 02 l2 2 3 03 l 3 23 34 0 况 5 0l l 5 1llli 5 2ll 5 31l 5 4 li 5 5ii 5 6ll 5 7li 5 82 ，3l 5 92 ，3 ll l 6 1l31 3lj 6 2 1 1 6 31 1 6 41 1 6 51 1 6 6o 3 6 7 o 3 o 3o1 5 6 9llll 7 0l1o 5 l 7 1 - 0 3 7 2lill 7 3ll11 7 4 1lll b 童窑迪厶：出女芏：i 星睑塞 2j ：馇翌廑盆i 第5 0 工况：4 ：钩水5 f 位置1 5 0 0 k n 压缩力。【住状念 在工作状念，车体承受1 5 0 0 k n 的，i i 缩载荷时，最大应力出现在：位端靠近 内端墙的门角( 材料为6 0 0 5 a t 6 ) ，应力值是2 0 7 8 7m p a ，许用应力为2 1 5 m p a ， 安全系数为1 0 3 ；此外，一位端靠近内端端门角的应力是1 9 7 5 4 m p a ：钩缓筋板的 应力是1 8 8 2 0 m p a ：边梁的最大位移是1 9 2 r a m 。此工况下车体均满足强度和刚度 设计要求。车体变形如附录a 所示，二位端应力门角应力云图如附录b 所示，钩 缓筋板的应力云图如附录c 所示。 第5 1 工况：车钩水平位置1 5 0 0 k n 压缩力，最大载荷 在最大垂向载荷状念，车体承受1 5 0 0 k n 的压缩载荷时，最大应力同样出现 在二位端靠近内端墙的门角( 材料为6 0 0 5 a t 6 ) ，应力值为2 0 6 6 1 m p a ，安全系数 为1 0 4 ；此时边梁的最大位移是2 3 4 m m 。此工况下，车体均满足强度和刚度设计 要求。二位端门角应力云图如附录d 所示。 、 第5 2 工况：二位端地板以上1 5 0 m m 处4 0 0 k n 压缩载荷，工作状态 在工作状态，车体二位端底架以上1 5 0m m 处承受4 0 0 k n 的压缩载荷，其最 大应力出现在二位端撞击柱上( 材料为6 0 8 2t 6 ) ，应力值为2 1 2 0 1 m p a ，许用应 力为2 5 5 m p a 广安全系数为1 2 0 ，应力云图如附录e 所示。此外，在二位端撞击柱 与底架连接板上也有较大应力，应力值为1 8 9 6 m p a ( 材料为6 0 8 2t 6 ) ，应力最大 的窗户的应力值为6 9 4 8 m p a 。底架边梁的最大位移为5 2 4 m m 。可见，此工况下 车体均满足强度和刚度要求。 第5 3 工况：二位端腰带水平位置承受3 0 0 k n 压缩载荷，工作状态 在工作状态，车体二位端腰带水平位承受3 0 0k n 的压缩载荷，其最大应力发 生在二位端撞击柱上，应力值为2 2 4 2 1 m p a ，材料许用应力2 5 5 m p a ，安全系数为 1 1 4 ；此外，在二位端撞击柱与底架连接板上也有较大应力，应力值为2 0 9 9 2 m p a 。 其余各出应力较小。底架边粱的最大位移为5 8 3m i l l 。可以看出，此工况下车体均 满足强度和刚度要求。二位端撞击柱应力云图如附录f 所示。 第5 4 工况：二位端车顶位置3 0 0 k n 压缩载荷，工作状态 在工作状态，车体二位端车顶水平位承受3 0 0 k n 压缩载荷，其最大应力发生 在二位端撞击柱上，应力值为2 1 2 0 m p a ，安全系数为1 2 0 ：此外，靠近二位端的 第二个窗户应力为8 4 ，9 2 m p a ，底架边梁的最大化移为7 1 2 m m 。可见，此工况下 强度和刚度都满足要求。二位端撞击柱应力云图如附录g 所示： 第5 5 工况：一位端地板以上1 5 0 r a m 处4 0 0 k n 压缩载荷，工作状念 在工作状念，车体一位端底架上1 5 0 m m 处承受4 0 0 k n 压缩载荷，在一位端 撞击柱与地板连接板上的应力为1 9 1 6 9 m p a ( 材料为6 0 8 2t 6 ) ，材料许用应力为 2 5 5 m p a ，安全系数为1 3 3 ；应力最大的窗户的应力值为6 5 2 8 m p a ：底架边梁的最 ：! 匕! 窑堑厶士鲤生位论塞2j 娃堂皇公蚯 大位移为5 2 1 m m 。可见，此l ：况卜强度和刚度酃满足要求。加强板的应力厶图如 跗录h 所叮。 第5 6 工况：一位端腰带水平位置3 0 0 k n 压缩载荷，工作状念 在作状念，车体一位端腰带水平位承受3 0 0k n 纵i ；, i i k 缩载荷，一位端撞击 柱的应力值为1 5 3 6 5 m p a ( 材料为6 0 8 2t 6 ) ，许用应力2 5 5 m p a ，安全系数为1 6 6 ； 应力云图如附录i 所示。底架边梁的最大位移为5 ，5 2 m m 。可见，其应力均在许用 应力以下，底架边梁的最大位移也设超过规定值。 第5 7 工况：一位端车顶位置3 0 0 k n 压缩载荷，工作状态 在工作状态，车体一位端车顶水平位承受3 0 0k n 压缩载荷，其最大应力发生 在一位端撞击柱上( 材料为6 0 0 5 a t 6 ) ，应力值为2 0 9 5 2 m p a ；二位端的第二个窗 户应力为7 5 7 7 m p a ( 材料为6 0 0 5 a t 6 ) ，许用应力为2 1 5 m p a ，安全系数为2 ，8 4 ； 底架边梁的最大位移为7 0 8m m 。可见，此工况下强度和刚度都满足要求。窗户应 力云图如附录j 所示。 第5 8 工况：车钩水平位1 0 0 0 k n 拉伸载荷，工作状念 在工作状态，车钩水平位承受1 0 0 0 k n 纵向拉伸载荷，其最大应力为 _ 1 3 5 3 9 m p a , 一发生在二位端靠近内端墙的门角( 材料为6 0 0 5 at 6 ) ，许用应力为 2 1 5 m p a ，安全系数为1 5 9 ，应力云图如附录l 所示。此外，一位端靠近内端墙门 角的应力值为1 2 5 1 3 m p a ，钩缓筋板的应力值是1 2 9 9 9 m p a ；底架边梁的最大位移 为7 5 4m m ，车体变形如附录k 所示。可见，此工况下车体均满足强度和刚度要 求。 第5 9 工况：车钩水平位t 0 0 0 k n 拉伸载荷，最大载重 在最大载荷状态，车钩水位承受1 0 0 0 k n 纵向拉伸载荷，最大应力出现在一 位端靠近内端墙门角( 材料为6 0 0 5 at 6 ) ，应力值为1 2 5 8 2 m p a ，许用应力为 2 15 m p a ，安全系数为1 7 l ，应力云图如附录m 所示。底架边梁的最大位移为 7 8 5 m m 。可见，此工况下车体均满足强度和刚度要求。 第6 1 工况：最大垂向载荷+ 3 0 车体承受最大垂向载荷扩大3 0 的载荷，其最大应力发生在二位端第二个窗 户左下角( 材料为6 0 0 5 at 6 ) ，应力值为1 1 6 9 1 m p a ，许用应力为2 1 5 m p a ，安全 系数为1 8 4 ：应力云图如附录n 所示。底架边梁的最大位移为1 0 5 6m n l 。此工况 下车体均满足强度和刚度要求。 第6 2 工况：二位端两点提升，工作载荷十l o 工作状态载荷扩大1 0 ，二位端两点提升工况下，其最大应力发生在二位端 顶车位附近( 材料为6 0 0 5 a t 6 ) ，应力值为1 3 2 7 8m p a ，许用应力为2 15 m p a ，安 全系数为1 6 2 ，应力云图如附录o 所示。应力最大的窗户为靠近二位端第二个， 4 韭瘟窑遒厶= j 兰亟! ：堂筮途塞2j 签堡鹰筮圭丘 应力值为7 5 3 2 m p a 。底架边梁的最大位移为8 1 2 r a m 。可见，其成力值和变形都 在允许范围内。 第6 3 工况：一位端两点提升，工作载荷+ l o 工作状念载荷扩大1 0 ，一位端两点提升工况，其最大应力发生在一位端顶 车位附近，应力值为1 3 2 0 8 m p a ；应力最大的窗户为靠近二位端第二个( 材料为 6 0 0 5 a t 6 ) ，应力值为7 4 6 8 m p a ，许用应力为2 1 5 m p a ，安全系数为2 8 8 ；应力云 图如附录p 所示。底架边梁的最大位移为7 8 2 r a m 。可见，此工况下满足强度和刚 度要求。 第6 4 工况：提供4 点提升，工作载荷+ l o 在工作状态载荷扩大1 0 ，车体提供4 点提升吊装工况，其最大应力发生在 二位端顶车位附近( 材料为6 0 0 5 a t 6 ) ，应力值为1 1 4 5 5 m p a ，许用应力为2 t 5 m p a ， 安全系数为1 8 8 ，应力云图如附录q 所示。一位端顶车位附近的应力值为 11 2 6 7 m p a ：应力最大的窗户的应力值为6 0 4 8 m p a ；底架边梁的最大位移为5 3 2 n l n 1 。可见，强度和刚度都满足要求。 第6 5 工况：提供4 可选点提升，工作载荷+ 1 0 在壬作状态载荷扩大1 0 ，车体提供四可选点吊装盼王况二f ，最大应力发生 在二位端第二个窗户的左下角( 材料为6 0 0 5 a t 6 ) ，应力值为8 4 8 7m p a ，许用应 力为2 1 5 m p a ，安全系数为1 8 8 ；应力云图如附录r 所示。一位端第二个窗户的应 力值为7 4 0 9 m p a ；底架边梁的最大位移为6 4 2 m m 。其应力均未超过许用应力， 底架边梁的最大位移也没超过规定值，所以此工况下满足强度和刚度要求。 第6 6 工况：疲劳横向加速度，过载1 5 在过载状态，车体横向承受0 ，1 5 倍过载交变作用，其最大节点应力为2 5 2 8 m p a ，发生在后端墙两个撞击柱下端的连接板上( 材料为6 0 8 2t 6 ) ，疲劳等级6 2 ， 许用应力5 0 4 m p a ，安全系数1 9 9 ，应力云图如附录s 所示。在连接板与撞击柱 的焊接区( 材料为6 0 8 2 1 6 ) ，其应力为2 2 8 m p a ，疲劳等级3 5 ，许用应力为2 4 5 m p a ， 安全系数1 0 7 。可见，应力均在材料的疲劳极限以下，焊逢区的应力也没有超过 焊逢的疲劳极限。 第6 7 工况：疲劳垂向加速度，过载1 5 在过载状态，车体垂向承受0 1 5 倍过载交变作用，其最大节点应力为2 1 5 9 m p a ，发生二位端第三个窗户的左下角( 材料为6 0 8 21 6 ) ，疲劳等级6 2 ，许用应 力5 0 4 m p a ，安全系数2 3 3 ，应力云图如附录t 所示。二位端第三个窗户左下角 的应力值为2 0 5 1 m p a 。可见，应力均在材料的疲劳极限以下。 第6 9 工况：3 9 转向架纵向加速度最大载荷 在最大载荷状态，车体在承受转向架3 9 纵向加速度的情况下，其最大节点应 韭应垒迤厶堂熊土翌位淦塞z 互签翌瞧丛址 力为9 7 8 0m p a ，发牛在一：化端转阳架支座上( 材料为6 0 8 2t 6 ) ，许用应力2 1 5 m p a ， 安全系数2 r 3 l ，应力云图如附录u 所示。一位端第：个窗户的应力值为9 5 0 4 m p a ； 底架边梁的最大位移为7 1 2 m m 。其应力均在许用应力以下，底架边梁的最大位移 也没超过规定值，所以此l 况下满足强度和刚度要求。 第7 0 工况：1 9 车体横向加速度，过载 在过载状态，车体承受1 9 横向加速度，其最大节点应力为9 3 0 7m p a ，发生 在一位端第二个窗户上( 材料为6 0 8 2t 6 ) ，许用应力为2 1 5 m p a ，安全系数为2 6 l ， 应力云图如附录v 所示。底架边梁的最大位移为5 1 3 m m 。其应力在许用应力以下， 底架边梁的最大位移也没超过规定值，所以此工况下满足强度和刚度要求。 第7 l 工况：2 7 9 转向架垂向加速度，工作载荷 在工作状态，车体承受2 7 9 转向架垂向加速度，其最大节点应力为6 4 9 6m p a ， 发生在一位端第二个窗户( 材料为6 0 8 21 6 ) ，车体变形图如附录w 所示。其于各 处应力均较小，底架边梁的最大位移为5 2 4m m 。可见，此工况均满足强度和刚度 要求。 第7 2 工况：空气动力学压力6 0 0 0 p a 最大载荷( 朝外) 盂最大载荷状态，车体承受朝外6 0 0 0 p a 韵空气动力学压力，其最大节点应力 发生在一位端第二个窗户，应力值为8 3 4 2 m p a ，应力云图如附录x 所示。底架边 梁的最大位移为8 1 2 m m 。可见，其应力在许用应力以下，底架边梁的最大位移也 没超过规定值。 第7 3 工况：空气动力学压力6 0 0 0 p a 最大载荷( 朝内) 在最大载荷状态，车体承受朝内6 0 0 0 p a 的空气动力学压力。其最大节点应力 发生在二位端第