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低地板輕軌車輛車體有限元分析

發布於:2019-08-13 20:06
有限元分析
      列車編組型式100%低地板輕軌列車單元通常采用5模塊編組, 整個列車單元由兩個動車模塊、兩個懸浮車體模塊和一個中間車體模塊組成,如圖所示,對其進行有限元分析介紹。
      車體各模塊之間的鉸接有3種型式:固定鉸、彈  性鉸和自由鉸,如圖所示。通常相鄰車體的下鉸都采用固定鉸連接,固定鉸能繞3個方向旋轉,但限製3個方向的平動,固定鉸承受了車體的垂向力,傳遞大部分的縱向力和橫向力。相鄰車體的上鉸一般采用彈性鉸連接,彈性鉸僅能繞垂直軸旋轉,彈性鉸承受縱向力和橫向力。固定鉸和彈性鉸聯合使用,限製了相鄰車體間的浮沉運動和側滾運動,使得相鄰車輛僅存在相對搖頭的自由度。為了保證整列車能適應上下坡道,在一個懸浮車體和中間車體之間的上鉸采用自由鉸連接,自由鉸不限製相鄰車體之間的垂向、縱向平動和三向轉動,僅限製橫向的平動,它也不承受垂向力和縱向力,僅承受橫向力,自由鉸主要用於限  製車體之間的相對側滾。
      根據連接鉸的受力特點建立各車體的靜平衡方程,求解方程組得到各連接鉸的靜態載荷。固定鉸所受到的最大垂向靜載荷為FZZ  或FZs,由垂向靜載荷引起的固定鉸所受到的最大縱向靜載荷為FX 或FX4。由垂向靜載荷引起的最大縱向靜載荷總是使固定鉸受拉,彈性鉸受壓。
      根據IN 12663-2000《鐵路車輛車體的結構要求》規範,軌道交通車輛分為貨車和客車兩大類,客車又分為5類,輕軌車輛屬於P4類。IN 12663規範製定了兩種載荷,分別用於車體的靜強度和疲勞強度評定。(1)靜強度載荷 (a)縱向載荷作用在車鉤上的縱向壓縮載荷:P4類車輛為400 kN。作用在車鉤上的縱向拉伸載荷:P4類的車輛  為零。 (b)垂向載荷  除考核縱向載荷和垂向載荷單獨作用的情況,還  應考核兩者的載荷組合,(2)疲勞載荷  當要求車體具有無限壽命時,IN12663規定疲勞載荷的動荷係數。
計算載荷 對於懸浮車體F:和中間車體TP的固定鉸,其所  承受的最大縱向載荷等於車輛的壓縮載荷。對於懸浮車體和動車車體之間的固定鉸,假設壓縮載荷作用在車輛質心,其所承受的最大縱向載荷按照其安裝位置與車體的質心高度分配。對於彈性鉸、固定鉸和自由鉸,同樣假設橫向載荷作用在車輛質心,其所承受的最大橫向載荷按照其安裝位置與車體的質心高度分配。根據車體連接鉸的載荷分布,取固定鉸上最大的垂向載荷和縱向載荷為計算載荷,這樣計算是偏於安全的,則固定鉸的強度計算載荷如表所示。(2)計算模型 固定鉸下鉸采用實體元進行離散,由於固定鉸下鉸與車體采用螺栓連接,因此約束施加在安裝螺栓孔和安裝底板部位。縱向和橫向載荷施加在固定鉸下鉸的鉸接孔內壁,根據載荷方向作用在孔的半邊;垂向  載荷則施加在銷軸孔上表麵。固定鉸下鉸采用鑄鋼40Mn2,材料的屈服極限不小於400 MPa,彈性極限不小於600 MPa。(3)靜強度計算結果,給了各種靜強度載荷工況下,固定鉸下鉸Von Mises應力的最大值。在單獨縱向載荷作用下,中央短筋上表麵的應力最大。在單獨垂向最大載荷作用下,下表麵工藝孔尖角處的應力最大。在靜載荷的各種工況下,固定鉸下鉸的安全係數都大於1。


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