【地铁车辆自重计算及强度校核案例分析2900字】

地铁车辆自重计算及强度校核案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u14042地铁车辆自重计算及强度校核案例分析 1323361.1自重计算 23791.2强度校核 3157421.2.1不锈钢车体结构强度设计要求 36031.2.2计算载荷 4114611.2.3静强度分析 10对不锈钢车体结构的设计分析涉及很多方面，在本文中主要是针对车体结构强度、刚度、形变量和应力分布度进行设计分析。通常在车体设计中需要考虑的方面如下:1.车体强度：为了保证车辆运行的安全性，要求车体必须具有一定的强度来承载车体设计标准中规定的载荷。为了达到标表要求需要对车体结构强度和刚度进行校核，同时要进行结构疲劳设计。2.车体刚度：主要通过考查车体的垂向位移和扭转角位移来评价车体的刚度。1.车体形变量：该考查项与车体结构稳定性有关，用来衡量车辆的运行品质和安全。4.应力分布：应力集中能使物体产生疲劳裂纹，也能使脆性材料制成的零件发生静载断裂。所以应当避免应力集中5.车体轻量化：车体轻量化主要是减轻车体自重，在保证车体安全和使用寿命的前提下，尽量做到车体结构轻量化。B型地铁列车最高时速为120KM/h，运行速度比较低大概在80-100Km/h之间，对地铁这种速度比较低的轨道车辆而言，使得车体结构轻量化其实很有意义。车体结构轻量化主要从两个方面着手：选用新型的车体材料和设计更合理的车体结构。但是就不锈钢地铁来说，其本身就是采用了轻质的不锈钢材料，在保证强度刚度的前提下尽量降低板厚，从而使得车体结构更轻。本文所研究的不锈钢地铁已经选用了较轻质的材料，那么要使得车体更轻的话，只有设计更加合理的结构，来实现车体的轻量化。目前，国内外的不锈钢地体车体普遍采用这种骨架+蒙皮的形式，设计更加合理的车体结构来达到轻量化还在研究当中。通常情况下，对CAE工程师来说80%的时间都要用在对仿真模型的前处理上，包括对模型进行网格的划分、修改及确保输出模型的正确性等方面，而对模型的求解分析只占用了一少部分时间，所以选择功能强大、操作简单、与众多CAD软件及求解器都可以无缝连接的有限元前处理软件HyperMesh对提高有限元分析的效率与精确度起到关键作用。图1.1有限元分析所用软件展示1.1自重计算本次骨架设计六大片骨架，为制造方便，降低成本，几乎所有构件都选用型材或是由型材焊接而制成，现将所有构件质量相加即可得到整个骨架总成之质量。所有构件之质量均由国标：结构用冷弯矩形空心型钢（标准：GB/T6728-2002）得出。现将计算所用之标准中部分数据列出：边长H/mm边长B/mm

允许偏差/mm壁厚t/mm理论重量M/kg/m截面面积A/cm2惯性矩/cm4IxIy3020±0.501.51.061.351.590.841.751.221.551.770.9321.361.741.941.022.51.642.092.211.154030±0.501.51.531.954.382.811.751.772.254.961.1721.992.545.491.512.52.421.096.454.132.831.617.274.65030±0.501.51.7672.2527.5351.4151.752.0392.5988.5661.86822.3052.9369.5354.2912.52.8171.58911.2965.0531.3034.20612.8275.69644.1985.34715.2396.6825040±0.501.52.0032.5529.36.6021.752.3142.94810.6037.51822.6191.33611.848.3482.51.214.08914.1219.97631.7754.80816.14911.38244.8266.14819.49311.677表1.1结构用冷弯矩形空心型钢根据表中数据计算得出车身各大片骨架总成质量分别列出如下：左侧墙骨架为：右侧墙骨架为：端墙骨架为：车顶骨架为：求和得车体骨架总成的质量为：6484kg，符合设计任务书的要求。1.2强度校核1.2.1不锈钢车体结构强度设计要求车体结构强度分为承受垂直载荷、车端压缩载荷等的静态强度，以及承受上下振动、气密变动载荷等的动态强度。本文中所研究的主要是不锈钢车体的静态强度。只要没有特别要求，静态强度以材料弹性极限为标准值。不锈钢车体强度结构设计一般采用如下标准：EN12663——2010《铁道应用一一轨道车身的结构要求》GB/T7928——2003《地铁车辆通用技术条件》JISG4305——1999不锈钢JISG4305——1999冷轧不锈钢板、薄板及钢带GB4171——2008耐候结构钢。车体静强度设计遵循的是第四强度理论即最大形状改变比能理论：无论材料处于何种应力状态，只要形状改变比能达到极限值，就发生屈服破坏。其强度条件为：（3-1）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为：1）在正常运行载荷作用下，其最大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，其最大应力不大于制造材料的屈服极限。1.车体结构静强度分析指标：车体及其零部件强度应满足标准EN12663-2010，因此所有强度计算以及校核按照此标准进行。EN12663-2010标准中对客车结构及其附属设备的加载试验和强度要求都作了详细的规定:车体结构在各种静载荷作用下，各部位的应力均不得超出材料许用应力。根据标准中的规定，必须同时满足以下两式，许用应力可表示为：（3-2）其中，S1、S2分别为屈服安全系数和断裂安全系数，бc为计算应力，R、Rm分别为材料的屈服极限和强度极限。2.车体静态刚度分析指标：GB/T7928——2003《地铁车辆通用技术条件》中规定，车体在最大垂直载荷即超载条件下，底架边梁在车体中心线处的静态挠度不应超过车辆定距的1%本文所研究的地铁车体转向架中心距为12600mm，故在最大垂直载荷作用下，底架边梁的垂向静挠度不得超过12.6mm。1.2.2计算载荷依据B型地铁列车（四轴车）技术规格：带司机室车辆定员：230人（超员327人）无司机室车辆定员：250人（超员352人）本设计为无司机室的车体骨架，为保证必要时超负荷载客需要，在此选用352人作为分析标准。根据《中国居民营养与慢性病状况报告（2020年）》得出2020年全国18岁及以上居民男性和女性的平均体重分别为69.6千克和59千克，为了安全起见，在此选用平均平均体重的1.2倍，也就是80千克作为这352人的平均体重进行分析，模型展示及分析步骤如下：模型左右对称图1.2正视图图1.3侧视图图1.4网格细节展示本模型全部采用三角形面网格。模型包括115万网格，56.7万节点图1.5单元数和节点数展示对车架底如图所示位置进行约束，通过SPC功能，实现所示区域节点6个自由度均限定。约束位置根据B型地铁列车参数，转向架中心距12600mm而定。图1.6约束展示骨架材料设置如下表所示：SUS304不锈钢材料力学参数列表弹性模量194GPa泊松比0.3密度7.93g*cm-3屈服强度205MPa表1.2SUS304不锈钢材料力学参数列表图1.7SUS304不锈钢材料力学参数展示图1.8属性设置图1.9重力作用展示图1.10承重载荷展示计算载荷：作用载荷包括车体结构自重以及超员325名乘客的重量等。做简化处理，都均布于车体底架横梁、纵梁上表面。如图所示：图1.11超载状态下车体载荷分布情况通过LOADADD实现载荷组合功能结果分析如下：图1.12超载整体应力分布图图1.13超载局部应力细节图图1.14超载位移结果图1.2.3静强度分析对仿真计算结果的分析非常重要，需要仔细分析、判断造成车体结构强度不足的原因到底是建模的问题还是结构自身的原因，其分析结果直接影响进一步的车体结构优化设计。本文采用的是HyperMesh软件中的HyperView模块进行后处理，该模块在查看和分析结果方面特别灵活，不但可以看到整个车体结构的应力分布情况，还可以单独查看车体任意结构的应力分布情况。不仅如此，它还可以绘制单个节点应力在各个工况下的应力分布曲线。应用QueryResults功能可以方便地找出结构里所有大于指定许用应力的节点(或是component，找到这些节点(或是component)后可以将这些节点所在的结构单独显示出来，方便进一步查看这些节点附件区域的应力分布情况。在EN12663-2010《铁道应用一轨道车身的结构要求》中，提出在确定可延展性材料应力等级的过程中，产生局部应力集中的特征不需要满足标准里面的要求。如果分析不包括局部应力集中，则