在動車組全線開通的同時，車體疲勞損傷及可靠性的問題表現的越來越突出，要保障列車的行駛安全，就必須對車體的可靠性和疲勞壽命提出更高的要求。在吸取國內外經驗的基礎上，開展對CRH2動車組車體疲勞強度分析的研究。有限元分析(FEA，Finite Element Analysis)是一種高效能、常用的計算方法，其原理是利用數學近似的方法對真實物理系統(幾何和載荷工況)進行有限元分析模擬。
       動車組在行駛中所受各個方向的扭轉等載荷，因此車體的強度和剛度必須達到要求。高速動車組車體采用鋁合金整體結構，使強度和剛度達到所需狀態。同時也可實現結構輕量化。筒型鋁合金車體結構的優點：工藝性好、減輕車輛自身重量、降低能耗、能有效的減少運行成本和維護成本。近年來車體大量采用大型、中空、薄壁的鋁合金擠壓型材，提高了質量和生產效率。目前高速動車組所使用的鋁合金車體材料主要有5000系、6000系和7000系。5000系合金是形變Al-Mg合金，6000系合金是形變Al-Mg-Si合金，7000系合金是形變Al-Zn-Mg合金。CRH2型動車組車體所采用鋁合金材料需具備以下性能：高強度、焊接性好、耐腐蝕性強，主要采用了5000系合金的5083，6000系合金的6N01，7000系合金的7N01等。這些合金的主要機械性能如表所列。CRH2型動車組車體結構主要分為頭車車體和中間車車體兩種。頭車車體由底架、側墻、車頂、端墻、車體附件及司機室頭部結構組成，中間車車體由底架、側墻、車頂、端墻及車體附件組成。車體重量如表，車體的主要技術參數如表。車體由底架、車頂、側墻、端墻和司機室五部分焊接構成。側墻和車頂為了提高車體剛度以及生產鋁，采用雙殼中空擠壓大型型材焊接而成，在側墻和車頂連接部位型材厚度隨車體斷面變化。其余部位材料厚度為50mm。并且省略了側柱、車頂彎梁等骨架支撐。使零件數量最小化，減小外表面的焊接變形。端墻是由雙殼中空擠壓型材、外板、內板和骨架經焊接后構成的雙殼結構。
       動車組車廂的裝配是運用Solidworks中裝配體功能對所繪制的各個部分零件進行裝配，生成裝配體，如圖所示。由于鋁合金中空結構的特點和有限元方法的特點，這樣的中空結構蒙皮和筋板的厚度只有幾毫米，而長度方向卻和車體等長，而有限元方法網格劃分卻要求每一部分至少應該有一個單元，那么單元長度就最大只能有幾毫米，這樣在長度方向的網格數量就遠遠超過厚度方向上的數量并且數量很大，普通計算機根本無法計算，還很影響計算精度，因此，建立有限元模型的時候，就必須考慮到這個問題，目前，在處理這個問題方面，幾乎全部使用板殼單元來替代中空結依據車體的實體模型，在三維設計軟件Solidworks中選用截面等效法建立了如圖所示的車體的簡化模型，各主要部分結構都采用沒有厚度的“曲面”特征建立，通過之前的截面等效法等效出結構的厚度和彈性模量。這些參數將在有限元前處理過程中，輸入到有限元分析軟件進行后續的分析計算。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.yw15777.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！