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隨著高速動車組的普遍運行，對于高速列車車體強度方面的要求也越來越高，必須滿足列車相關(guān)方面所規(guī)定的標準。本文以某高速列車中間車車體為例，在ＥＮ１２６６３車體強度評定準則的基礎(chǔ)上，結(jié)合該動車組車體強度的計算特點，制定出高速車體靜強度計算工況，對其剛度及強度進行了計算與有限元分析，并且對結(jié)果進行評判。
鋁合金車體主要采用大型中空擠壓型材，其厚度方向的尺寸遠小于其他兩個方向的尺寸，可以忽略沿厚度方向的應(yīng)力變化。本文利用ANSYS建立車體有限元模型，由于車體受力情況復(fù)雜，需要承受縱向和橫向剪切、垂向彎曲、縱向拉伸和壓縮等載荷，因此建立車體有限元模型時采用ｓｈｅｌｌ６３殼單元。選擇合適單元尺寸，參照車體實際結(jié)構(gòu)尺寸，對車體局部位置人工網(wǎng)格控制，使整個模型具有較好的網(wǎng)格精度。由于整車車體是對稱模型，故選擇半車進行有限元模型的建立及分析，節(jié)省了大量時間和運算步驟。建立的中間車車體有限元模型如圖１所示，共包含１５５２２６個單元，１１６０２１個節(jié)點。
Ａ７Ｎ０１鋁合金是Ａｌ-Ｚｎ-Ｍｇ系的中強可焊合金，在軌道列車結(jié)構(gòu)材料中被大量使用，其焊接性能和焊縫質(zhì)量都比較優(yōu)越，是非常理想的中等強度結(jié)構(gòu)焊接材料，但Ａ７Ｎ０１的焊接接頭在軌道列車應(yīng)用中也有應(yīng)力腐蝕開裂、腐蝕疲勞等缺點。本高速列車所用的Ａ７Ｎ０１鋁合金是我國國產(chǎn)的材料，其焊接填充材料采用ＳＡＦ５３５６焊絲。Ａ７Ｎ０１鋁合金及焊縫材料屬性見表。
參考ＥＮ１２６６３標準，結(jié)合該動車組車體強度計算特點，制定出高速列車車體靜強度計算工況，其中部分工況狀態(tài)見表。
具體載荷處理如下：
（１）對于車體自重，在ANSYS前處理模塊中輸入車體鋁合金材料的密度和重力加速度，程序根據(jù)模型各單元表面積、單元實常數(shù)自動將單元載荷因子的信息記入總載荷進行計算。
（２）車內(nèi)設(shè)備（如座椅）、乘客、行李等載荷，以均布載荷的形式作用在底架的側(cè)梁上。
（３）車頂空調(diào)設(shè)備、車體牽引變流器和冷卻裝置，按照設(shè)備安裝點的實際位置，以集中載荷的形式平均作用在相應(yīng)的節(jié)點上。
利用車體垂向載荷工況（工況１）計算的表形值來校核車體的剛度，計算得到了車體最大變形，如圖２所示。由圖２可知，車體底架側(cè)梁垂向變形為６.８７ｍｍ，相對變形較小，滿足ＥＮ１２６６３標準。
車體在第１～第６工況作用下，最大當量應(yīng)力為２１４．４１８ＭＰａ，產(chǎn)生于第５工況作用時，出現(xiàn)在車門門角處。同時車體上當量應(yīng)力較大的部位還有車底設(shè)備懸掛處、車體側(cè)墻與底架交界處，而其余部位的應(yīng)力則較小。
機車車輛承載結(jié)構(gòu)在相關(guān)標準規(guī)定的載荷作用下，其靜強度滿足設(shè)計和運行的條件為：
（１）在正常運行載荷作用下，其最大Ｖｏｎ＿Ｍｉｓｅｓ應(yīng)力不大于車體材料的許用應(yīng)力，即：σｍａｘ≤［σ］．（１）
（２）在運行中最大載荷（發(fā)生行車事故時承擔的載荷）作用下，其最大Ｖｏｎ＿Ｍｉｓｅｓ應(yīng)力不大于制造材料的屈服極限σｓ，即：σｍａｘ≤σｓ．（２）
上述工況中，工況１為正常運行載荷，用式（１）進行校核，材料的許用應(yīng)力用材料屈服極限σｓ與安全系數(shù)Ｓ的商計算，根據(jù)我國標準《２００ｋｍ／ｈ及以上速度級鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定暫行規(guī)定》，正常運行載荷下安全系數(shù)Ｓ＝１.５。Ａ７Ｎ０１鋁合金材料屈服極限為２９５ＭＰａ（不考慮焊縫處），則材料許用應(yīng)力為１９７ＭＰａ，所以該車體滿足靜強度要求。
工況２～工況６為非正常運行載荷，按式（２）進行校核，材料屈服極限為２９５ＭＰａ，故滿足靜強度要求。
結(jié)論：
（１）在靜載荷作用下，車體結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)，底架側(cè)梁垂向變形為６．８７ｍｍ，相對變形較小，滿足剛度要求。
（２）參照ＥＮ１２６６３標準確定車體的６個靜載荷工況，在靜載荷作用下，車體最大當量應(yīng)力為２１４．４１８ＭＰａ，產(chǎn)生于工況５，出現(xiàn)在車門門角處，該最大當量應(yīng)力小于材料的屈服強度，滿足靜強度要求。
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