动车组结构及原理第4章动车组车体

第4章动车组车体授课内容4.1车体概述4.2几种典型动车组的车体结构4.3动车组车体静强度分析第4章

动车组车体4.1

动车组车体第4章动车组车体1.能理解车体结构功能2.了解动车组车体结构的构造原则3.掌握动车组车体结构的承载方式4.掌握车体结构的制造材料5.了解车体设计相关技术学习目标4.1.1动车组车体结构及承载形式分类4.1.2动车组车体相关技术学习知识点动车组八大基本组成复习回顾“1.2节动车组基本组成”车体4.1

动车组车体第4章动车组车体车顶底架侧墙端墙1.结构组成分类：有司机室车体和无司机室车体两种。作用：安装基础+承载骨架+乘客乘坐空间组成：底架、端墙、侧墙和车顶等。材料：铝合金等轻金属结构或钢结构。第4章动车组车体4.1.1车体结构组成及承载形式分类中间车车体结构

头车车体结构

车体由底架、车顶、侧墙、端墙、车头（仅头车）等组成。底架端墙车顶右侧墙左侧墙底架端墙车顶右侧墙左侧墙司机室第4章动车组车体4.1.1车体结构组成及承载形式分类CRH5的Tc车体承载结构分解示意图CRH5的Mc车体承载结构部件分解示意图端墙车顶侧墙底架司机室底架端墙底架车顶侧墙第4章动车组车体4.1.1车体结构组成及承载形式分类动车组车体功能（1）运载功能：为旅客提供乘坐环境且具备一定的行李装载空间（2）承载安全功能：承受车辆运行中的各种载荷，并应具备减缓各种振动和噪声、抵抗变形、使用耐久性和确保乘员安全的能力。运载功能+承载安全功能第4章动车组车体4.1.1车体结构组成及承载形式分类高速车辆车体结构要素与运行性能之间的关系动车组车体功能第4章动车组车体4.1.1车体结构组成及承载形式分类动车组车体结构的构造原则（1）有足够的强度和刚度。即在允许的设计结构速度内，保证车体骨架结构不发生破坏和较大变形，以确保运行安全和正常使用，以保证运行的安全和平稳性；(刚强足）（2）为了提高速度，必须减轻车体的自重，而且要求在各个方向上做到重量匀称、重心低。(轻量化）（3）车体结构必须提供足够的空间保证设备安装、检查、保养以及检修更换的便利。(空间够）（4）车体必须纳入国家规定的机车车辆限界尺寸中。（限尺寸）（5）完好的空气动力学外形：头尾部细长流线型，裙板平滑过渡，受电弓良好的空气动力学性能。（阻力低）（6）严格的气密性要求：连续焊缝，气密性风挡。（密封好）（7）严格的防火要求：耐火材料，防火设备。（防火严）（8）在满足车体基本功能和空气动力学车体外形的基础上，应使车体外形设计美观、大方，富有时代气息。（外观美）补充知识第4章动车组车体4.1.1车体结构组成及承载形式分类4.1.1动车组车体结构组成及承载形式分类轨道车辆车体承载结构一般可以划分为底架、侧墙、端墙及车顶等几大部件。2.承载形式分类（1）底架承载型（2）侧壁承载型（侧壁和底架共同承载型）（3）整体承载型前两种承载结构主要应用于货车车体结构，而现代动车组车体采用的均是筒形整体承载结构。筒形整体承载结构的最大特点是增强了车体承载能力，减轻了车体自重，可降低能耗、减少运行成本和维护成本等。第4章动车组车体2.动车组车体结构的承载方式

（1）整体承载型载荷主要由底架、侧墙、司机室、端墙及车顶承担。动车组承担的各项载荷中纵向载荷和垂向载荷最为重要。车体纵向力传递底架纵向力传递纵向载荷传递示意图4.1.1动车组车体结构的承载方式第4章动车组车体动车组车体结构的制造材料首选铝合金因为铝合金的比重约为钢的1/3，可以减轻车辆自重。而且其挤压性能好，可以制成筒型挤压型材整体焊接结构而使车体结构轻量化。与一般钢结构相比，人工费节省约40%，车辆重量减少约30%；其次是不锈钢

由于不锈钢的耐腐性能好，可以不用考虑因为锈蚀而增加金属的厚度；第三种材料是耐候钢最差的材质是碳素钢其自重最大，价格最便宜，抗腐蚀性最差。动车组车体结构材质车体结构重量（t）0系耐候钢（SPA）10.5100系耐候钢（SPA）10.3200系铝合金7.5300系铝合金（大型挤压型材）6（6.5）表4-1日本高速动车组车体结构材质及其重量扩展阅读：铁路客车车体结构材料的演变与展望，铁道机车车辆，2019，39（2）：119-1241.车体材质的选择补充知识第4章动车组车体机械力学性能项目含铜耐候钢铝合金A7N01不锈钢301抗拉强度σ/Mpa410～5203401050抗拉屈服极限σ/MPa250280770伸长率/%171010纵向弹性模量E/kg·cm-22.1×1067.2×1052.0×106硬度（HB）约130约100＜380剪切强度/Mpa约3021.556疲劳强度/MPa180～290103430比强度σ/γ低高中等比重γ/g·cm37.852.797.93主要采用含铜耐候钢、铝合金、不锈钢。动车组车体结构的制造材料第4章动车组车体车辆种类结构重量（kg）减重比列（％）钢结构铝结构米兰地铁6700300055东京地铁9540410056西德地铁9500467051瑞士客车9350395057法国市郊车ER153009400610035意大利铁路包车11800620048瑞士KABDE8/12尾本国铁通勤电车9650465048采用铝合金材料后与钢结构车辆重量比较动车组车体结构的制造材料第4章动车组车体普通碳钢车体为8.6万美元奥氏体不锈钢车体为9.2万美元铝合金车体为12.2万美元制造和维修费用制造成本：普通钢车体1.0不锈钢1.14铝合金1.57（不涂漆）、1.66（涂漆）维修成本：普通钢>铝合金>不锈钢动车组车体结构的制造材料第4章动车组车体项目普通钢结构全不锈钢结构全铝合金构成底架、地板SSSUS(两端SS)Al侧墙、端墙SSSUSAl车顶SSSUSAl重量/t7.06.02.0特性轻量化很差一般标准低重心化差一般标准气密性标准差标准地板下设备防火性良良标准纵向强度良优标准成本初期优良标准检修差良标准以铝合金车体为基准，以车体重量、轻量化、成本等特性指标对三类车体结构作定性比较。动车组车体结构的制造材料第4章动车组车体2.动车组车体结构的制造材料（1）不锈钢（EN1.4301,1.4307,1.4318）/低碳钢——CRH1动车组车体（2）铝合金——CRH2、CRH3、CRH5、CRH380A/B/C动车组车体高速动车组铝合金车体材料主要有5000系、6000系和7000系。5000系合金是形变Al-Mg合金；6000系合金是形变Al-Mg-Si合金；7000系合金是形变Al-Zn-Mg合金。动车组车体结构的制造材料第4章动车组车体3.铝合金车体四种形式第一种：铝板和实心型材结构车体由铝板和实心型材通过铆钉、连续焊接进行连接。第二种：板条骨架结构车体由铝板和纵向加固件应用气体保护焊的溶焊而成。第三种：大型开口型材结构车体由板皮和纵向加固件组成高强度大型开口型材整体结构通过焊接。第四种：大型空心截面结构车体结构为与车体等长的大型中空型材通过自动连续焊接互相连接。动车组车体结构的制造材料第4章动车组车体采用与车体等长的大型中空挤压型材铝合金车体整体通长铝型材，大幅减少零件数量，提高自动化焊接程度，降低制造成本，提高质量。车体质量轻，从而降低轴重、降低运营成本。隔音效果好，从而提高车内乘车舒适度。双壳结构，提高车体的整体刚性。维护小，寿命周期成本低。防腐性好，可以实现无涂装设计动车组车体结构的制造材料第4章动车组车体铝合金车体结构特点（1）车体采用铝合金整体承载筒形结构（2）车体的断面形状可分为鼓形断面、梯形断面和矩形断面。（3）底架、侧墙和车顶采用大型空心截面的挤压铝型材拼焊而成。中空挤压型材，长度可达车体全长。（4）整体装配车体车体基本由6大部件即地板、车顶、两个端墙及两个侧墙装配而成。铝合金车体经过了近50年的发展，先后经历了板梁结构铝合金车体、板梁和型材混合结构铝合金车体、完全闭式的大型中空型材结构铝合金车体3个发展过程。动车组车体结构的制造材料第4章动车组车体（1）车辆轻量化的意义1）可因减少材料消耗量而降低了制造成本；2）可减少牵引动力的消耗．同时也减少制动时产生的热能和粉尘；3）可减少对轨道线路的压力，从而减轻线路的损耗，降低线路的维修费用；4）可以提高运行速度，缩短乘客的旅行时间。减小旅客的乘车疲劳。间接地提高人们的工作效率；5）车辆轻量化，尤其是簧下质量的减轻，不仅减小轮轨间的作用力。而且减小了噪声，减小环境污染。1.车体轻量化技术4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体（2）车辆轻量化的设计原则1)采用比强度高的材料作为车体结构的承载件。有效地利用材料的强度和刚度保证设计要求。2)采用变截面的方法(改变结构截面形状)提高结构刚度。采用最少的材料获得最大的刚度和强度。3)尽量减少独立部件的数量，使用长尺寸构件。这样可以减少焊缝数量，提高焊接自动化水平，保证焊接质量，提高车体结构的抗疲劳强度。4)车辆轻量化设计必须满足技术条件的要求和使用性能。应减少制造和维修费用，降低生产成本。4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体（3）轻量化车辆的关键技术1）车体材质的选择2）车体结构轻量化3）转向架轻量化4）内部设备轻量化5）车钩缓冲装装置轻量化普通速度车体结构的自重在14t左右，而国外高速客车车体结构重量为10t左右。实现结构轻量化的主要途径有两个：一是合理优化结构设计；二是采用新材料。4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体1）合理设计结构；2）优化梁柱断面；3）用压型件代替型钢；4）在满足腐蚀寿命要求的前提下适当减薄构件的壁厚；5）大断面梁件开减重孔。6）采用结构优化设计方法，对整个车体进行结构优化设计，使车体各构件仅可能充分发挥各自的承载能力。车体结构的优化设计经验证明，对耐候钢车体进行合理优化结构设计，重量一般可减轻10%左右。4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体2.车体密封降噪技术（1）隧道压力波的形成列车运行时常伴有“列车风”，也就是产生空气流动。当高速列车在隧道中高速运行时，尤其是两列车在隧道交会时会产生瞬时变化的强烈压力波。压力波的大小及其变化率与隧道的横截面和长度，交会列车的速度与长度有关。4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体（2）高速动车组的密封性能试验将车辆看成有多个泄露处的弹性封闭容器。如果容器内部压力和外部压力之前存在差异，则会出现两种情况：1）对列车的作用车体变形由于泄露而造成的内外压力平衡123外部压力作用下车体变形1-未变形时；2-超压变形时；3-降压变形时车体结构漏气检查车体气密性试验车门气密性试验车窗气密性试验风挡气密性试验空调装置气密性试验整车气密性试验整车水密性试验4.1.2动车组车体相关技术2）对旅客的影响高速列车会车时，特别是在隧道内高速会车时，车体表面将承受正负数千帕的瞬时压力变化。如果列车不密封，则压力波会传到车厢内，旅客会感到不舒服，轻者耳膜受压，重者头晕恶心，甚至耳膜破裂。压力变化（kPa）生理现象2可忍受3开始不舒服4非常不舒服5不舒服的上限、开始耳鸣8很痛>9剧烈疼痛>13耳膜可能破裂>23耳膜破裂压力变化对旅客生理的影响4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体（3）高速动车组密封性要求高速列车通过隧道时，特别是两列车高速交会时引起的剧烈压力波动，对旅客舒适性造成了极坏影响。为了减少这种压力波动，保证旅客的舒适性，要求对车辆进行空气压力的密封。各国铁路对高速列车密封性的要求是通过车辆的密封试验，测量静态泄露时间。其密封试验主要有两种：一种是日本新干线高速列车的标准；另一种是欧洲高速列车的标准。4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体（1）降低压差阻力压差阻力主要来自车体头部正面压力和尾部涡流形成的负压力，大约占列车总气动阻力的7%~14%；细长呈流线型的头尾部，能降低高速动车组压差阻力3.流线型车体技术4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体（2）减少表面摩擦阻力表面摩擦阻力主要是由于超长车体的表面与空气摩擦所造成的，它是列车总气动阻力的主要组成部分，约占26%~55%；车体平潜、光顺的车体表面，能减少高速动车组的表面摩擦阻力；（3）减少干扰阻力干扰阻力是由列车底部安装在转向架上的各种悬挂阻力及其相互之间以及与钢轨间的干扰阻力组成，根据车体底部是否安装整流罩，其大约占列车总阻力的24%~58%。车顶的受流器的干扰阻力也是比较大的，约占列车总阻力的4%~9%。完善的气动外形、光滑的车体表面和合理的车底车顶整流罩能降低气动阻力。（1）防火系统设计原则高速列车防火系统设计原则：系统集成、预防为主、应急对策、以人为本。系统集成：防火措施按区域配套，通过列车网络构成防火系统的集成响应、信号传递和信息显示；预防为主：所有材料与器件的选用以防止不会发生火燃或防止火种蔓延为主体，将火情发生因素降到最小程度，达到预防火灾的要求；应急对策：一旦火灾发生，有严格的分级应急对策，将火灾限制在区域内，限制在低等级火警之下；以人为本：一切应急对策均以“以人为本”为出发点，防止措施的最终手段要以实现旅客的安全转移为目的。4.防火安全技术4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体1）选用耐火材料①车辆使用的耐火材料，主要指阻燃、低烟、低毒的高分子材料和耐火涂料。如英国和法国规定，通过海峡隧道区间列车的内装饰和包覆材料，必须采用阻燃无毒的酚醛纤维增强塑料（FRP）材料。（2）防火结构设计国内目前也在大力开发车辆上使用的酚醛玻璃钢材料，用来制造车内设备、装饰板、通风管道等。国外车辆为了提高窗帘隔热和耐火程度，采用聚酯纤维上喷镀不锈钢或采用玻璃纤维做基底的纺织窗帘布。4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体②根据车型和部位不同选择不同等级的防火、防烟毒材料。例如，法国TGV高速列车车体材料的防火、防烟毒等级远高于速度200km/h的VTU、VU系列车；车顶部位高于侧墙和地板。③卧车包间的隔墙全部采用防火板包上，隔墙里添加阻燃材料；采用阻燃风挡。在两头端门关闭时保证10min内不致火灾蔓延至邻车；2）车门有自动和手动开关功能，失火时能安全疏散旅客；车窗上设有应急手柄或备有应急手锤，平时手锤封在盒内，火警时操纵应急手柄打开车窗或用手锤把窗玻璃击碎。4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体1）设置烟雾探测及失火警报装置。烟雾报警器在明火火灾发生前作出预警，并与地面防火系统联防；2）手动报警器。在每个拖车乘务室内设一个具有明显标志的失火警报按钮；3）灭火装置。在每个拖车、动车的明显处各设一个6L便携式喷雾灭火器和一个6kg干粉灭火器。（3）火灾预测和灭火装置设计烟火报警系统分布图

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1231烟雾/热度探测器，吸气式2烟雾/热度探测器，光学式3热度探测器4控制单元5指示单元4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体1）火警等级失火警报信号可以自动或手动发出，自动分预警、报警和紧急报警三级，通过网络传递；手动报警为一级，通过连线传递。

2）失火对策按照预警、报警和紧急报警三级分别采取相应的处置措施，目标是将火灾限制在区域内，限制在低等级火警之下，最终实现旅客的安全转移。（4）火灾发生时的对策4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体4.1.2动车组车体相关技术第4章动车组车体复习思考题1.车体结构组成功能2.分析动车组车体结构的构造原则应包括哪些方面？3.简述动车组车体的承载方式分类4.简述动车组车体常用的制造材料5.动车组车体相关技术有哪些？第4章动车组车体第4章动车组车体第4章动车组车体授课内容第4章

动车组车体4.1车体概述4.2几种典型动车组的车体结构4.3动车组车体静强度分析1.掌握典型动车组车体结构组成2.分析典型动车组车体结构特点3.学习精益求精、一丝不苟的工匠精神学习目标4.2.1

CRH5车体结构4.2.2

CRH380BL车体结构4.2.3

CR400BF车体结构学习知识点第4章

动车组车体4.2几种典型动车组的车体结构在我国传统客车中数量最多的是25型车。主要型号有25A型、25B型、25C型、25DT型（国产第一代200km/h高速客车）、25G型、25Z型、25K型、25T型。全钢焊接结构。组成：底架、侧墙、端墙和车顶。薄壁筒形车体结构：侧墙、端墙、车顶钢骨架外面，底架钢骨架的上面，分别焊有侧墙板、端墙板、车顶板和纵向波纹地板及平地板，形成一个上部带圆弧，下部为矩形的封闭壳体。25型客车车体结构第4章

动车组车体补充知识底架钢结构侧墙钢结构车顶钢结构端墙钢结构风挡翻板安装脚蹬组成水箱横梁横梁水箱吊梁钩缓组成25型客车车体钢结构总成图第4章

动车组车体25型客车车体结构第4章

动车组车体枕梁、心盘窗下横梁窗上横梁窗间横梁窗间立柱车窗上边梁车顶上边梁车顶纵向梁底架边梁底架横梁枕梁下盖板车顶弯梁25型客车车体结构第4章

动车组车体451.底架组成：骨架：牵枕缓（牵引梁、枕梁、缓冲梁）、下围梁（下侧梁）、横梁枕梁间的纵向波纹地板及枕外金属地板。下侧梁枕外横梁横梁纵向加强梁小纵梁缓冲梁牵引梁端梁枕梁25型客车车体结构1.底架第4章

动车组车体25型客车车体结构47（1）牵引梁上心盘中心到缓冲梁间的中梁2槽钢+2上下盖板尺寸要适合安装缓冲装置（2）缓冲梁压制槽形断面中部缺口，安装车钩1.底架第4章

动车组车体25型客车车体结构（3）枕梁2个腹板+上下盖板，组焊箱形结构鱼腹形变截面等强度梁焊有心盘座，提高该处的承载作用，以及牵引梁和枕梁的连接强度和刚度。1.底架第4章

动车组车体25型客车车体结构枕梁组成缓冲梁组成牵引梁组成加强板冲击座上心盘1.底架牵枕缓结构：牵引梁、枕梁、缓冲梁第4章

动车组车体25型客车车体结构18a槽钢；侧梁是连接侧墙和底架的重要结构。连接底架的枕梁、横梁、波纹地板；连接侧墙的立柱、侧墙板。（4）侧梁1.底架第4章

动车组车体25型客车车体结构枕外横梁：焊接在牵引梁和侧梁之间，槽形断面；横梁：焊接在两侧梁之间，槽形断面；作用：连接牵枕缓与侧梁构成钢骨架；为平地板和波纹地板提供支撑，防止地板失稳。（5）横梁枕外横梁横梁25型客车车体结构1.底架第4章

动车组车体端面形状为梯形波纹；与侧梁一起承受作用于底架上的纵向力。实验表明：地板能承受三分之一以上的总纵向拉伸或压缩力。（6）波纹地板和平地板25型客车车体结构1.底架第4章

动车组车体板梁式平面承载结构外表面平板无压筋；外墙板内侧，立柱和水平纵向梁。侧墙板侧墙板窗间横梁窗下立柱上侧梁立柱窗上横梁窗下横梁25型客车车体结构2.侧墙第4章

动车组车体（1）上侧梁槽形断面（2）水平纵向梁3根帽形断面，窗上1根，窗下2根加强侧墙的垂直弯曲强度和刚度，减少了钢板自由表面的面积。上侧梁窗上横梁窗下横梁25型客车车体结构2.侧墙第4章

动车组车体窗间横梁窗下立柱立柱（3）窗间小纵向梁增强窗间板的强度和刚度。（4）窗边立柱31根连接上侧梁、纵梁和下侧梁构成侧墙骨架，与侧墙板构成侧墙钢结构。25型客车车体结构2.侧墙第4章

动车组车体侧墙板侧墙板（5）侧墙板上面开有大窗孔12个，小窗孔3个，侧门孔2个；通过周边的梁柱补强开孔处；选择合适的窗角板的半径来降低其应力集中。25型客车车体结构2.侧墙第4章

动车组车体组成：上边梁、车顶弯梁、车顶纵向梁、空调机组安装座平台、水箱盖、车顶板。侧顶板中顶板纵梁车顶弯梁水箱活盖防寒材顶端弯梁平顶25型客车车体结构3.车顶第4章

动车组车体（1）上边梁端面为“L”形。（2）顶端横梁与上边梁组成车顶的下部框架。（3）空调机组安装座1、2位（4）水箱盖2位（5）车顶弯梁帽形结构端部弯梁为台阶形压型件。（6）纵向梁乙形25型客车车体结构3.车顶第4章

动车组车体侧顶板为冷压型钢雨檐和小圆弧及纵向梁合为一体，整体成型；提高了侧顶板的平整度，提高了小圆弧部分的抗弯刚度和强度，简化了制造工艺。中顶板为大圆弧。（7）车顶板25型客车车体结构3.车顶第4章

动车组车体60组成：折棚立柱、角柱、门边立柱、乙形立柱、水平横梁、墙板、折棚装置、脚蹬翻板装置。（1）折棚立柱2根28b槽钢（2）角柱2根台阶形断面（3）门边立柱乙形断面折棚立柱角柱角柱立柱门立柱25型客车车体结构4.端墙第4章

动车组车体（4）端门立柱和角柱之间的乙型立柱。折棚立柱、角柱、门边立柱，乙型立柱上端与车顶端梁，下端与缓冲梁焊接。（5）水平横梁（角形）角柱和门边立柱之间。（6）门上横梁乙形断面。（7）端墙板（8）门板、门上板、踏板等与风挡连接25型客车车体结构4.端墙第4章

动车组车体脚蹬翻板装置上车处于水平下车可翻开25型客车车体结构第4章

动车组车体1.框组成2.翻板组成3.轴组成4.轴座组成5.拉簧安装6.翻板固定器安装7.脚蹬组成8.面板9.面板10.踏板11.锁卡板12.门坎25型客车车体结构第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构第4章

动车组车体中间车是基础车，由底架、侧墙、车顶、外端墙、内端墙几大部件组成。中间车结构中间车第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构

包括底架、侧墙、车顶、外端墙、内端墙、走廊墙和空气动力学端部结构几部分。头车的前端预留了安装耐撞击吸能结构支架，在需要时可以加装吸能元件。头车第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构司机室外壳由最小厚度为40毫米的三明治聚酯层组成。挡风玻璃周边外壳的厚度为100毫米，以承担空气动力学造成的冲击。司机室外壳上预埋内装安装件和防寒材固定钉。司机室外壳上安装有前挡风玻璃、司机室侧窗、远光灯。司机室外壳第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构1.底架底架由端部缓冲梁、枕梁和刚性支座、脚蹬组成、底架焊接件等组成。底架焊接件主要有牵引电机止挡、废排箱架、接地螺母等。枕梁端部缓冲梁中间车底架头车底架端梁侧梁侧梁底架焊接件底架焊接件脚蹬脚蹬第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构1.底架边梁和地板型材的连接方式地板型材之间的连接方式第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构（1）枕梁

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底平面的螺套孔，安装简单、方便。枕梁安装座第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构

（2）端部缓冲梁组成

中间车端部缓冲梁由端梁、4根牵引梁、围板、斜梁等组成，牵引梁在转向架区域圆弧过渡，充分考虑了转向架的各种活动

特殊牵枕缓装置：底架上采用枕梁座代替了传统的贯通式枕梁，并设计了全新的牵引梁结构，不再通过焊接工艺进行枕梁与牵引梁的组装连接。该种结构形式既能有效的传递纵向力，保证了车体结构强度的需要，又能有效消除因制造工艺的原因而造成的质量问题而引发的安全隐患。第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构2.侧墙

侧墙断面由纵向放置的4种挤压铝型材组成。厚度为50mm，蒙皮厚度为2.5mm，内筋厚度为2.5mm。型材由上到下开有3排T型槽，用来安装防寒及内饰件。第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构

2.侧墙

8个车的侧墙共有4种，它们分别是：头车侧墙、中间车侧墙、餐车侧墙和残疾人车侧墙：头车侧墙有1个司机室门和1个塞拉门中间车侧墙有2个塞拉门餐车侧墙有1个上货门和1个塞拉门残疾人车侧墙仅比中间车侧墙少了1个窗口头车侧墙中间车侧墙司机室门塞拉门塞拉门第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构3.车顶

由纵向放置的4种、共7块挤压型材对称排列、组焊而成。型材材质为6005A，厚度为50mm，蒙皮厚度为3mm，内筋厚度为2.5mm。车顶外部开了4排T型槽，内部开了4排滑槽，用于内装及设备的安装。头车车顶中间车车顶第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构（1）上边梁端面为高顶结构T型槽滑槽

（2）空调机组安装座第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构

为满足车体强度，车顶端部设加强结构，它由横梁、纵梁、盖板等构成，材料为6082。在横梁下焊接内端墙，增加整车刚度。内端墙由门柱、墙板、连接件组成。加强车体结构；安装塞拉门机构。4.端墙

（1）内端墙墙板门立柱连接件组成内端门示意图第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构

外端墙有2种：有塞拉门端餐车没有塞拉门的一端

2种外端墙区别：前者材质6082-T6，后者为6005A-T6前者有端门连接件和筋板，后者没有4.端墙

（2）外端墙墙板门立柱外端门示意图第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构5.设备舱底板端板骨架裙板

设备舱内设备：牵引变压器牵引和辅助变流器牵引电机制动模块空气压缩机模块水箱污物箱蓄电池箱充电机中压接触器箱高压箱第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构1车车下设备及布置2车车下设备及布置5.设备舱第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构3车车下设备及布置5.设备舱第4章

动车组车体4车车下设备及布置4.2.1CRH5型动车组的车体结构5车车下设备及布置6车车下设备及布置5.设备舱第4章

动车组车体4.2.1CRH5型动车组的车体结构7车车下设备及布置5.设备舱第4章

动车组车体8车车下设备及布置4.2.1CRH5型动车组的车体结构编组长度399.27m车辆长度头车：25,535mm

中间车：24,175mm车辆宽度3257mm车辆高度3915mm(高顶)；3660mm(平顶)编组总重量893.1t轨距1,435

mmCRH380BL车体结构介绍4.2.2CRH380BL型动车组的车体结构第4章

动车组车体采用与车体等长的大型中空铝合金挤压型材结构，由底架、车顶、侧墙和端墙以及设备舱组成的一个整体。车体横断面的连接形式分为搭接和插接形式，将各部分组焊成完整的车体结构采用铝合金材料需具有强度高、焊接性好、挤压加工性能优、耐腐蚀性强等特性中间车铝合金车体结构三维图动车组车体铝结构断面图CRH380BL车体结构介绍第4章

动车组车体4.2.2CRH380BL型动车组的车体结构CRH380BL型动车组车体承载结构是由底架，侧墙、车顶、端墙以及设备舱组成的一个整体。头车设有司机室，如果发生低速撞车事故，头车的车体结构设计能够给司机提供一个安全空间。

CRH380BL型动车组车体主要技术参数车辆长度24175mm(中间车)；25535mm(头车)车辆定距17375mm车体宽度3257mm车体高度(距轨面)3915mm(高顶)；3660mm(平顶)头车车钩距轨面高度1000mm中间车车钩距轨面高度895mmCRH380BL车体结构组成及主要技术参数第4章

动车组车体4.2.2CRH380BL型动车组的车体结构1.底架底架主要由两大部分组成，即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。

头车车体底架图中间车车体底架图头部牵引梁横梁侧梁中间牵引梁车头底架车身底架中间牵引梁横梁侧梁第4章

动车组车体4.2.2CRH380BL型动车组的车体结构地板由六块带有相同C形槽的挤压铝型材拼焊而成。地板采用机械手自动焊接，仅在端部采用手工焊接，组焊好的地板整体机加工。地板通过地板型材与边梁搭接角焊，强度能够得到保证。底架前端、连接板及其焊接形式地板结构地板和边梁的连接形式图1.底架第4章

动车组车体4.2.2CRH380BL型动车组的车体结构底架前端分F端和KK端，F端用于司机室头，其余均为KK端，基本结构相同F端KK端1.底架

头车车体底架

中间车车体底架第4章

动车组车体4.2.2CRH380BL型动车组的车体结构侧墙主要由侧墙上部型材、侧墙下部型材、窗口下部型材、窗口上部型材等部件组成。各车侧墙的外部轮廓及型材断面组成均相同，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，与窗间型材3焊接而成。侧墙结构图2.侧墙54321第4章

动车组车体4.2.2CRH380BL型动车组的车体结构侧墙与车顶、侧墙与底架通过型材插接并焊接而成，插接及焊接形式如图所示。侧墙与车顶连接结构侧墙与底架连接结构2.侧墙车顶侧墙侧墙底架第4章

动车组车体4.2.2CRH380BL型动车组的车体结构端墙主要由四部分组成，即门框、端角柱、端墙板和端墙附件组成端墙结构示意图3.端墙门框端角柱端墙板端墙附件第4章

动车组车体4.2.2CRH380BL型动车组的车体结构3.端墙端角柱端墙板端墙附件门框第4章

动车组车体4.2.2CRH380BL型动车组的车体结构车顶主要有高顶结构和平顶结构。其中，平顶结构用于安装受电弓等车顶设备。车顶由5块大型中空铝型材拼焊而成。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。车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、行李架等内部设备的安装。车顶强度满足体重100kg的工作人员在车顶行走而不发生永久变形。4.车顶高顶结构图平顶结构图车顶边顶边顶车顶边顶边顶高顶平顶第4章

动车组车体4.2.2CRH380BL型动车组的车体结构头车的司机室为板梁结构，司机室的梁、柱、墙顶板基本是采用开口型材和板材。司机室由6部分组成，即司机室前墙、司机室后墙、司机室左侧墙、司机室右侧墙、司机室车顶和司机室前窗挡风玻璃安装框。司机室的骨架由车顶骨架、侧墙骨架、前端骨架、后框和前窗玻璃安装框组成。司机室的骨架除窗间立柱外，基本采用的是槽形和乙形的开口型材，各梁柱之间通过开V形或Y形坡口进行焊接。司机室三维图司机室骨架三维图司机室侧墙板5.司机室第4章

动车组车体4.2.2CRH380BL型动车组的车体结构前端上部导流罩排障器开闭机构前端底部导流罩6.头车前部空气动力学的车头前部结构包括前端上部导流罩、开闭机构、前段底部导流罩、排障器四部分上部信号灯罩板上部导流罩上部信号灯罩板导流板第4章

动车组车体4.2.2CRH380BL型动车组的车体结构车型CR400BF宽度(mm)3360全车长度(mm)210000高度(mm)4050头车车体长度(mm)25557车辆定距(mm)17800中间车车体长度(mm)25000钢结构质量(t)10.9(头车)；11.3(带受电弓中间车)4.2.3CR400BF型动车组的车体结构CR400BF车体结构组成及主要技术参数

CR400BF型动车组车体主要技术参数第4章

动车组车体CR400BF型动车组车体断面设计统筹考虑车顶空调、车顶高压电缆、风道、内装墙板、推拉门、行李架、电加热器、客室地板等部件的安装接口，采用大断面铝合金挤压型材。CR400BF型动车组车体依据强度、刚度、气密性以及旅客乘坐舒适性等要求通过正向设计而成，车体结构采用长大中空铝合金挤压型材焊接成为薄壁筒形整体承载结构。端部车结构中间车结构第4章

动车组车体4.2.3CR400BF型动车组的车体结构1.底架前端部结构中部结构底架主要由前端部和中部结构两大部分组成。前端部为整体结构，包含固定裙板，固定裙板上集成注水口、注砂口等附件；中部结构包括地板、边梁两部分，地板与边梁焊接，纵向贯通。底架前端部与地板之间通过过渡板相连，固定裙板与边梁组焊，具有很好的强度，地板下部焊接有用于牵引电机通风的风道组成。边梁型材集成有C形槽，提供车体设备吊装及转向架枕梁的安装接口。第4章

动车组车体4.2.3CR400BF型动车组的车体结构1.底架头部牵引梁横梁侧梁中间牵引梁车头底架车身底架头车车体底架图中间车车体底架图中间牵引梁横梁侧梁第4章

动车组车体4.2.3CR400BF型动车组的车体结构2.侧墙

各车侧墙的外部轮廓及型材断面组成均相同，由侧墙上部型材、侧墙下部型材、窗口下部型材、窗口中部型材、窗口上部型材等5块大型中空铝型材拼焊完成。侧墙上部型材侧墙下部型材窗口上部型材窗口下部型材窗口中部型材第4章

动车组车体4.2.3CR400BF型动车组的车体结构2.侧墙

侧墙上部型材窗口上部型材侧墙下部型材窗口下部型材窗口中部型材第4章

动车组车体4.2.3CR400BF型动车组的车体结构

3.车顶平顶断面高顶断面CR400BF型动车组的车顶分高顶结构和平顶结构，后者用于安装受电弓等车顶设备。车顶由7块大型中空铝型材拼焊而成，7块型材分别是构成中顶的5块和两侧边顶的2块。头车车顶中间车车顶第4章

动车组车体4.2.3CR400BF型动车组的车体结构4.端墙端墙附件端墙板端墙主要由门框、端角柱、端墙板和端墙附件四部分组成。端角柱门框第4章

动车组车体4.2.3CR400BF型动车组的车体结构5.司机室CR400BF型动车组司机室框架头车的司机室框架结构为板梁式，所有的梁、柱、墙顶板采用开口型材和板材。司机室框架结构由六部分组成，即司机室前端、司机室后框、司机室左侧墙、司机室右侧墙、司机室车顶和前窗挡风玻璃安装框。CR400BF型动车组司机室示意图第4章

动车组车体4.2.3CR400BF型动车组的车体结构CR400BF型动车组排障器由型材、铝板及连接螺栓组成，通过螺栓固定在司机室的下方，CR400BF型动车组的排障器包括前部导流罩和侧部导流罩两部分。6.排障器CR400BF型动车组排障器组成及安装底架前端排障器排障器导流罩第4章

动车组车体4.2.3CR400BF型动车组的车体结构7.头部开闭机构CR400BF型动车组头罩开闭机构CR400BF型动车组头部开闭机构有两种结构，该机构主要包括雨刮盖板组成、前端组成两大部分。雨刮盖板组成包括盖板导流罩和排水装置；前端组成包括开闭及锁紧装置、电气控制箱、玻璃钢头罩和固定罩等。第4章

动车组车体4.2.3CR400BF型动车组的车体结构8.防爬吸能装置CR400BF型动车组头车吸能机构CR400BF型动车组中间车吸能机构头车按照车钩、防爬吸能装置、主吸能装置三级吸能进行设计。借鉴成熟三点稳定式防爬吸能结构形式，结合车头外形的自身特点，开发出四点式防爬吸能结构。主吸能装置安装在车体前端碰撞梁处，车钩安装在车体中心固定座上，车钩两侧分别设置防爬吸能装置。中间车按照车钩、铝车体结构二级吸能设计。中间车钩在吸能完成之后，能够抑制车辆的爬车倾向，起到一定的防爬器作用。第4章

动车组车体4.2.3CR400BF型动车组的车体结构复习思考题1.典型动车组车体结构比较。2.典型动车组车辆的车体结构设计的具体要求。第4章

动车组车体第4章

动车组车体第4章动车组车体授课内容4.1车体概述4.2几种典型动车组的车体结构4.3动车组车体静强度分析第4章

动车组车体1.理解什么是车体强度分析2.知道车体承受载荷情况3.了解车体强度分析方法学习目标4.3.1车体承受的载荷4.3.3车体静强度分析学习知识点4.3

动车组车体静强度分析第4章

动车组车体车体结构强度分析概述1.车体结构强度定义车体结构强度是指在外力或载荷作用下，车体结构抵抗破坏的能力。2.车体结构功能要求承受使用期间可能出现的各种载荷与变形，并具有良好的工作性能；在正常维修和保养条件下，具有足够的使用耐久性。3.车体结构强度问题车体结构静力破坏；车体结构疲劳失效。ICE-1动车组疲劳失效导致的后果第4章

动车组车体车体结构强度分析概述疲劳强度分析关注车体在长期循环载荷下的耐久性，预防因疲劳引起的破坏，提升运行可靠性。4.结构强度分析主要的类型及作用（1）静强度分析（2）疲劳强度分析静强度分析确保车体在静态载荷下不会发生破坏，从而保障结构的安全性。车体结构强度分析是车辆实现运行高速、安全、耐久和可靠的保障。牵引梁与三角筋板之间的焊缝出现疲劳裂纹裂纹形态强度分析方法同3.9节转向架强度分析PPT第4章

动车组车体4.3.1车体承受载荷垂向载荷纵向载荷侧向载荷扭转载荷第4章

动车组车体车体自重车辆载重整备重量垂向载荷垂向静载荷垂向动载荷轨面不平钢轨接缝等线路原因车辆本身状态不良4.3.1车体承受载荷第4章

动车组车体经验公式简化计算：垂向动载荷的计算车辆在垂向静载荷下的弹簧静挠度mm车辆的最高运行速度km/h系数取值为0.05系数。货车取值为1.65，客车取值为3.0系数。簧上部分为1.5.簧下部分为3.5系数。簧上部分为0.427.簧下部分为0.569垂向动载荷动荷系数垂向静载荷垂向静载荷和垂向动载荷之和称为垂向总载荷4.3.1车体承受载荷第4章

动车组车体列车加速度车辆底架的作用力纵向载荷纵向力的产生影响因素起动牵引力列车的重量与速度机务人员的操作水平单个车辆本身的质量、车体纵向刚度和其他部件性能纵向力：指列车在各种运动状态时车辆间所产生的压缩和拉伸的力。当列车发生纵向冲击时车辆所处位置不同，其所受力的大小不等。4.3.1车体承受载荷第4章

动车组车体侧向载荷风力离心力按风压力乘以车体侧向投影面积计算，风力合力作用在车体侧向投影面积的形心上。车辆运行在线路的曲线区段时，将承受离心惯性力(俗称离心力)的作用。离心力计算公式：重力加速度，通常取10m/s2曲线半径(m)通过曲线时车辆最大允许速度(km/h)曲线区段的外轨超高量(mm)轮对两滚动圆之间的距离(mm)，其值为1493mmgRv2b1h4.3.1车体承受载荷第4章

动车组车体扭转载荷车辆制造几何误差，线路不平即使是静止的重载车体也可以形成扭转。蛇行运动、车辆进出曲线或道岔侧线均可以使车体扭转。4.3.1车体承受载荷第4章

动车组车体按第三章所述强度分析方法，依据EN12663标准对车体进行强度校核，基本分析流程为几何处理、网格划分、有限元模型处理、计算与后处理几个步骤强度有限元分析流程图处理CAD几何模型网格划分有限元模型处理计算分析结果后处理输出结果4.3.2车体强度分析第4章

动车组车体几何处理是对车体的CAD模型进行几何清理、抽取中面、结构简化等工作，经过几何处理后，得到便于进行网格划分的简化模型，利用专业软件进行有限元网格划分。某动车组车头有限元模型4.3.2车体强度分析第4章

动车组车体对车体结构划分完网格后，需要对模型进行属性、工况条件的设置，输入结构材料的各项力学参数。序号材质厚度(mm)非焊接处屈服应力焊接处屈服应力弹性模量泊松比16005A-T6e≤5225115710000.335＜e≤1021510＜e≤2520026082-T6e≤6260125710000.336＜e≤12.525535083-H111e≤50125125710000.334.3.2车体强度分析第4章

动车组车体序号工况名称负载大小/kN载荷施加方法1垂向定员负载工况垂向载荷：481.719有限元模型重量以重力加速度形式模拟5＜e≤10乘客质量均布座椅处10＜e≤25设备质量施加于设备悬挂处其余重量分布地板上2整备与车钩座1500纵向压缩组合工况垂向负载：411.159纵向负载：1500垂向负载同1（无乘客质量）6＜e≤12.5纵向负载作用于二位端车钩座处3整备与二位端部压缩300kN组合工况垂向负载：411.59纵向负载：300垂向负载同1（无乘客质量）纵向负载作用于二位端端墙窗腰带高度处4抬车工况11.1g×（AW0+转向架质量）垂向负载同1（无乘客质量）两端转向架重量分别施加于悬挂处根据EN12663标准，确定车体超常工况，下表给出四个具有代表性的载荷工况。车体静强度分析实例4.3.2车体强度分析第4章

动车组车体根据车体有限元模型所施加的载荷工况及位移约束条件进行有限元分析，可得到4个工况下车体静强度计算结果。下图为第1个工况下的车体应力云图。4.3.2车体强度分析第4章

动车组车体车体静强度分析结果序号工况名称应力最大值及出现位置（MPa）许用应力（MPa）1垂向定员负载工况侧墙下窗角：92.62152整备与车钩座1500纵向压缩组合工况侧墙上门角：181.52153整备与二位端部压缩300kN组合工况侧墙上窗角：209.82154抬车工况1侧墙下窗角：98.8215由表中数据可知，四个工况下的应力最大值均小于材料的许用应力，表明该车体结构满足静强度要求。4.3.2车体强度分析第4章

动车组车体车体疲劳分析实例参考EN12663标准以及车体设计要求，制定高速动车组车体正常运营载荷工况，即疲劳强度载荷工况，用三个方向的加速度代表动态载荷，循环次数均为一千万次，各疲劳载荷工况详细描述见下表。序号名称描述约束1垂向疲劳工况垂向定员负载时，在垂向振动加速度为±0.15g的状态下，车辆应能够承受107次负载循环。车体与枕梁联接处施加垂向线位移约束，其中一侧再施加横向线位移约束。车钩座处施加纵向约束。2横向疲劳工况垂向定员负载时，在横向振动加速度为±0.15g的状态下，车辆应能够承受107次负载循环。同垂向疲劳工况3纵向疲劳工况垂向定员负载时，从最大牵引加速度至最大制动减速度状态变化（±0.15g），车辆应能承受107的交变负载循环同垂向疲劳工况4.3.2车体强度分析第4章

动车组车体车体最大主应力计算结果工况1中，最大主应力为18.992MPa，出现在底架端部门角处。将各薄弱位置的应力值具体整理见下表。编号位置焊接形式等级（FAT）最大计算应力（MPa）许用应力A1底架端部检查门角母材7118.99250.8B1侧墙下窗角母材7115.89950.8C1裙板焊缝角焊3612.74321.1D1底架挡板焊缝角焊3611.57921.1E1地板开孔处母材7110.54450.84.3.2车体强度分析第4章

动车组车体车体最大主应力计算结果4.3.2车体强度分析第4章

动车组车体基于IIW-2015标准的车体疲劳强度分析S-N曲线评估焊接接头的抗疲劳破坏能力，其描述试样在不同应力水平下的疲劳寿命。在双对数坐标系下以应力变化范围Δσ为纵坐标，载荷作用下接头的循环次数N为横坐标。S-N曲线方程为：式中，m是双对数坐标系下S-N曲线的反向斜率；C是与焊接接头类型相关的试验常数。IIW-2015标准中铝的疲劳强度的S-N曲线见右图，图中列出了FAT值（FAT值即疲劳强度值，为2×106次循环对应的应力变化范围值）为12～50的焊接接头的S-N曲线以及FAT值为71的母材的S-N曲线。图中焊接接头的第一段S-N曲线的反对数斜率为m1=3，第二段S-N曲线的反对数斜率为m2=22；母材第一段曲线的反对数斜率为m1=5，第二段斜率与焊接接头的相同。铝材典型的S-N曲线4.3.2车体强度分析第