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低地板轻轨车辆车体有限元分析

发布于:2019-08-13 20:06
有限元分析
      列车编组型式100%低地板轻轨列车单元通常采用5模块编组, 整个列车单元由两个动车模块、两个悬浮车体模块和一个中间车体模块组成,如图所示,对其进行有限元分析先容。
      车体各模块之间的铰接有3种型式:固定铰、弹  性铰和自由铰,如图所示。通常相邻车体的下铰都采用固定铰连接,固定铰能绕3个方向旋转,但限制3个方向的平动,固定铰承受了车体的垂向力,传递大部分的纵向力和横向力。相邻车体的上铰一般采用弹性铰连接,弹性铰仅能绕垂直轴旋转,弹性铰承受纵向力和横向力。固定铰和弹性铰联合使用,限制了相邻车体间的浮沉运动和侧滚运动,使得相邻车辆仅存在相对摇头的自由度。为了保证整列车能适应上下坡道,在一个悬浮车体和中间车体之间的上铰采用自由铰连接,自由铰不限制相邻车体之间的垂向、纵向平动和三向转动,仅限制横向的平动,它也不承受垂向力和纵向力,仅承受横向力,自由铰主要用于限  制车体之间的相对侧滚。
      根据连接铰的受力特点建立各车体的静平衡方程,求解方程组得到各连接铰的静态载荷。固定铰所受到的最大垂向静载荷为FZZ  或FZs,由垂向静载荷引起的固定铰所受到的最大纵向静载荷为FX 或FX4。由垂向静载荷引起的最大纵向静载荷总是使固定铰受拉,弹性铰受压。
      根据IN 12663-2000《铁路车辆车体的结构要求》规范,轨道交通车辆分为货车和客车两大类,客车又分为5类,轻轨车辆属于P4类。IN 12663规范制定了两种载荷,分别用于车体的静强度和疲劳强度评定。(1)静强度载荷 (a)纵向载荷作用在车钩上的纵向压缩载荷:P4类车辆为400 kN。作用在车钩上的纵向拉伸载荷:P4类的车辆  为零。 (b)垂向载荷  除考核纵向载荷和垂向载荷单独作用的情况,还  应考核两者的载荷组合,(2)疲劳载荷  当要求车体具有无限寿命时,IN12663规定疲劳载荷的动荷系数。
计算载荷 对于悬浮车体F:和中间车体TP的固定铰,其所  承受的最大纵向载荷等于车辆的压缩载荷。对于悬浮车体和动车车体之间的固定铰,假设压缩载荷作用在车辆质心,其所承受的最大纵向载荷按照其安装位置与车体的质心高度分配。对于弹性铰、固定铰和自由铰,同样假设横向载荷作用在车辆质心,其所承受的最大横向载荷按照其安装位置与车体的质心高度分配。根据车体连接铰的载荷分布,取固定铰上最大的垂向载荷和纵向载荷为计算载荷,这样计算是偏于安全的,则固定铰的强度计算载荷如表所示。(2)计算模型 固定铰下铰采用实体元进行离散,由于固定铰下铰与车体采用螺栓连接,因此约束施加在安装螺栓孔和安装底板部位。纵向和横向载荷施加在固定铰下铰的铰接孔内壁,根据载荷方向作用在孔的半边;垂向  载荷则施加在销轴孔上表面。固定铰下铰采用铸钢40Mn2,材料的屈服极限不小于400 MPa,弹性极限不小于600 MPa。(3)静强度计算结果,给了各种静强度载荷工况下,固定铰下铰Von Mises应力的最大值。在单独纵向载荷作用下,中央短筋上表面的应力最大。在单独垂向最大载荷作用下,下表面工艺孔尖角处的应力最大。在静载荷的各种工况下,固定铰下铰的安全系数都大于1。


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