《地铁b型车车体静强度及模态计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地铁b型车车体静强度及模态计算（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二届中国C A E 工程分析技术年会 地铁B 型车车体静强度及模态计算 羊玢。，孙庆鸿，黄文杰2 ，朱壮瑞1 ，张卫华 ( 1 东南大学机械工程系，江苏南京2 1 0 0 9 6 ； 2 南京浦镇车辆厂城市轨道车辆研究所江苏南京2 1 0 0 3 1 ； 3 西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都6 1 0 0 3 I ) 要：应用有限元方法及 N S Y S 软件建立了地铁车辆车体结构有限元分析模型，根据地铁车辆受力分析和危险 程度，选择拖车( 头车) 作为计算分析对象，确定了有限元模型的计算载荷、常见计算工况和评定标准，计 算了车体在整备状态下的车体静强度，分析了整备状态和超常状态
2、下的固有频率和振型结果表明，地铁车 体静强度在常见计算工况下皆能满足相关标准的要求，车体一阶扭转和一阶垂向弯曲自振频率偏低，一般要 求车体在整备状态下的自振一阶垂弯频率应大干1 0H z 。以避开转向絮的点头额率因此提出了减小结构质量 的同时增大结构刚度，在满足车体强度要求下，可| ；实现以降低次要的扳型频率来提高主要的振型频率，并 可进一步地减轻车体质量 关健词：地铁车辆：车体结构；静强度：振动模奋 中田分类号：U 2 3 1文 标羁碍： S t a t i cs t r e n g t ha n dm o d ea n a l y s i so fB t y p eS u b w a yb
3、 o d y Y A N GB i n S U NQ i n g - h o n g , H U A N GW e n g i e ，Z H UZ h u a n g - r u i 。D A IJ i a - p e n g J I A N GY a h q i n g ( I1 ) e p a r t m e n to fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g , S o u t h e a s tU n i v e r s i t y ：N a n j i n g21 0 0 9 6 ；C h i n a 2I5 r b a nR a i l V
4、 e h i c l e I n s t i t u t l o n ，N a n j i n g P u z h e nR o l l i n g S t o c k W o r k s N a n l i n g2 1 0 0 3 I ；C h i n a3 N a t i o n a l T r a c t i o n P o w e rK e yL a b o r a t o r y , S o u t h w e s tJ i a o t o n gU n i v e r s i t ) , , C h e n g d a6 1 0 0 3 1 ，C h i n a ) A b s
5、t r a c t ：T h i sp a p e re s t a b l i s h e dap a r t i c u l a rf i n i t ec l e m e n ta n a l y s i sm o d e lo fs u b w a yv e h i c l ec a rb o d ys t r u c t u r e w i t ht h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o da n dA N S Y Ss o f t w a r e ，m a dt o o kt o wt r u e ka s a l y t i c a lo b
6、j e c ta c c o r d i n gs u b w a y v e h i c l e sl o a da n dd a n g e r o u sg r a d e I tw a s p o i n t e dt h eF E Mc a l c u l a t i o n a ll o a d 、c o n s t a n to p e r a t i n gc o n d i t i o na n d a s s e s s i n gs t a n d a r d R e c k o n e ds u b w a yb o d y w o r ks t a t i cs t
7、r e n g t hu n d e ra l l s e t u pa n di t si n h e r e n tf r e q u e n c i e sa n d v i b r a t i o nm o d e lT h er e s u l t si n d i c a t es u b w a ye a rb o d ys t r t l c t u r es a t i s f i e sc o n s t a n to p e r a t i n gc o n d i t i o nr e l a t i v ed e s i g n r e q u i r e m e n
8、 t s ，a tt h es a l E t et i m e ，i t sf i r s ts t e pt o r s i o na n dv e r t i c a lb e n dv i b r a t i o nf r e q u e n c i e sa r es m a l l e rt h a n1 0H z , w h i c hi so v e r a l lb o g i ep i t c h i n gf r e q u e n c y T h e r e f o r e , t h i sp a p e rp r e s e n t sd e c r e a s i
9、 n gs t r u c t u r em a s sw h i l ei m p r o v i n g s t r u c t u r es t i f f n e s sU n d e rt h ec o n d i t i o no fm e e t i n gb o d ys t r e n g t h ，r e d u c i n gs e c o n d a r yv i b r a t i o nf r e q u e n c yt o i m p r o v ep r i m a r yv i b r a t i o nf r e q u e n c ya n du l t
10、 e r i o d ya l l e v i a t i n gb o d ym a s sa x ea l s ob r o t l g h tf o r w a r d 4t a b s ，1 6f i g s 1 0 r e r s K e yw o r d s ：S u b w a yv e h i c l e ；c a rb o d ys t r u c t u r e ；s t a t i cS t r e U g l m ；v i b r a t i o nm o d e A u t h o rR e s u m e ：Y A N GB i n ( 1 9 7 4 - ) m
11、a l e 1 e c t u r e r , d o c t o r a ls t u d e n t , 8 6 。2 5 - 8 5 4 2 7 1 2 1 ，y a n g b l 2 3 n j f u c o m c n 1 引言 2 8 2 第二届中国C A E 工程分析技术年会 地铁B 型车包括动力车和拖车，其车体主要承载件，除车头、枕粱和牵引缓冲梁由钢构件焊 接而成，其余均由铝合金型材焊接或铆接构成，并且钢结构部件与铝合金部件是用铆钉或螺 栓连接。 由于中国地铁建设尚处于初级阶段，尽管有不少关于轮轨关系的定性描述，但对地铁振 动荷载定量分析的研究还较少，目前中国还没有制定地铁
12、强度标准和载荷工况标准，此次计 算分析主要参照国外地铁车辆技术标准和铁路运输行业标准T B T 2 5 4 1 1 9 9 5 “内燃、电力机 车车体静强度试验方法”、国标G B 3 3 1 4 “内燃机车通用技术条件”等规范和标准确定车体 的计算载荷、计算工况以及车体静强度、刚度、模态频率等计算结果要求。 在有限元计算模型建立中由加工等因素带来的但不影响结构分析的小特征被简化或忽 略。结构件之间联接强度较大处采用刚性连接来代替焊接及铆接。配重采用质量单元来代替， 忽略结构件的具体几何形状”“。 根据受力分析和危险程度，选择拖车( 动车) 作为计算分析对象。 2 车体结构的有限元模型 2 1
13、有限元模型坐标定义 由于B 型车的拖车模型是纵向对称的，对于对称荷载只将结构的半模型化( B 侧) ， 在本文中所有涉及坐标系的方向，均以下面的定义为准( 见图 ) ：车的结构以Y O Z 平面为 对称面；原点0 ：司机室地板前端中央；X 向：从结构对称面指向车体侧墙；Y 向：从地板 指向车项：Z 向：从司机室指向车尾。 图I 有限元模型坐标 F i g 1F i n i t ee t e m e n tm o d e lc o o r d i n a t e 2 2 载荷约束和边界条件 3 ，4 2 2 1 整备状态和垂直过载工况 以无设备的车体为基准，考察在整各状态下的车体垂向变形，用一个
14、总重量6 6 1 6K g 的 压载对车体进行加载，模拟总装和设备。 动车在超员载荷下为最大载客情况，乘客为3 4 7 人，每人质量按6 0K g 计算，共2 0 8 2 0 豫。 半车为1 0 4 1 0K g ，按均载作用在地板上，按照半车模型计算，半车体自重为4 1 0 0K g ，按照惯 性力进行施加设备质量为6 6 1 6K g ，按实际位置附近施加集中质量力( 见图2 ) 。 重9q 星口里口里口里q 旦I 甲T - ：二：妊：竺：竺= 二：二：二： 一 翻变撂母 重蒯嘴旷“ 圈2整各状态和垂直过载 F i g 2A l l e q u i p p e da n du l 】r i
15、 g h tl o a d 2 2 2 工作顺序的匕巢压缩荷羹3 工作顺序的上梁压缩荷载工况是在上粱高度施加2 0 0K N 的静态压缩荷载以确定车体结 构在冲撞条件下的行为( 见图3 ) 。 第二届中国C A E 工程分析技术年会 图3 粱压缩荷载 F jg 3U p p e rb e a mc o m p r e s s i o nl o a d 2 2 3 工作顺序的组合荷载 在驾驶室端防爬器上施加一个压缩荷载与一个垂直荷载的组合以确定车体结构在冲撞条 什下的行为，1 2 0 0k N 的压缩荷载在相对的防爬器上产生反作用力( 见图4 ) 。 图4 组合荷载 F i g 4C o m b
16、 i n a t i o n1 0 a d 2 2 4 超常垂直荷载中的车钩压缩荷载 通过车钩牵引装置施加6 0 0 K N 的静态压缩荷载以确定车体结构在挂钩、相碰和冲撞条 t 二 F 的行为( 见图5 ) 。 ，甸摹面i 厘覃司 一1 竺兰：二二：二二：二：二：二：兰竺= ， 圈5 车钩压缩荷载 F i g5V e h i c l cc l a s pc o m p r e s s i o nl o a d 地铁| j 型车拖车的车体结构有两种类型的材料：车体由铝台金纵向型材和壳组成；车身 枕梁、端粱和驾驶室结构是钢制的。B 型车的拖车车体结构、钢端粱和驾驶室端都t j 壳单元 S h e 】l 代表。引入底架设备荷载时其密度施加在壳单元上1 ”。由一个车体模型、一个驾驶室 模型、两个车体枕梁模型和一个钢端梁模型组成，建立的车体有限元模型包括1 2 45 3 2 个壳 单元、3 8 1 个粱单元、6 5 7
