浅析基于欧洲标准的新型行邮车车体结构设计及强度.docVIP

浅析基于欧洲标准的新型行邮车车体结构设计及强度 随着我国铁路事业的快速发展，尤其是高速铁路的快速发展，既有铁路线路的运能得到了较大的释放。为有效提高铁路运输的能力，加快货运轨道交通事业的发展，研制时速 160km 以上的快速重载行包货运棚车具有十分重要的意义。 目前，国内的车体设计主要依据现有国内铁路标准，如雷成、肖守纳通过有限元软件计算了 12 种载荷工况，并对这些载荷工况进行强度分析，进行了强度校核和结构优化；金希红、袁文辉等分析原有重载列车结构设计不合理之处，通过优化结构提出改进措施，并对结构进行强度分析计算；朱剑月、沈培德对地铁铝合金车体进行了强度计算。 对于行邮车的车体设计还未有基于欧洲标准的设计文献报道。本文在充分理解欧洲标准EN 12663-2: 2010《铁路应用设施.铁路车辆车身的结构要求.货运车》（下文简写为 EN）的基础上，设计开发新型行邮车车体结构，并采用有限元软件 ANSYS 对车体结构进行强度分析，为进一步优化和提升车体结构性能提供数据支撑。 1 主要技术参数和结构设计 新型行邮车采用屈服极限为 450 MPa 的高强度耐大气腐蚀钢 Q450NQR1，可以适应各种恶劣的服役环境。新型行邮车主要技术参数为：载重 40 t、整车自重 32 t、容积 172 m3、最高运行速度 160 km/h。 新型行邮车车体结构为全钢整体焊接承载结构，由底架、侧墙、端墙、车顶、车门等部件组成。 2 车体几何模型及简化 建模时按偏安全性原则，尽可能细化离散车体，并对车体结构模型进行降维、表面平顺化、简化交节点等处理。采用 Shell 63 板壳单元来模拟车体结构，在离散结构时对 Shell 63定义相应的厚度。弹性模量取 E＝2.06E5 MPa，泊松比 ?＝0.3。整车模型主要有 99369 个尺寸为 50 mm 的节点壳单元 Shell 63 和 120 个尺寸为 300 mm 弹簧单元 Combine 14，整车共有节点数为 92684。 3 材料许用应力、计算工况及载荷加载方式 新型行邮车车车体结构材料使用、材料安全系数及许用应力。 基于欧洲标准并结合本次新型行邮车车体设计的实际情况以及相关文献的参考，本次设计主要考虑纵向载荷、垂向载荷、组合工况等几种典型工况。 EN 关于纵向载荷的规定为：作用于后从板座的纵向压缩力 1（2000 kN）；作用于车钩中心线以下 50 mm 处的后从板座的纵向压缩力 2（1500 kN）；作用于前从板座的纵向拉伸力（1500 kN）。 4 计算结果及分析 由计算结果可以看出，在工况 E1 作用下，即在车体有效载荷及设计自重的情况下，车体单元最大 von_Mises 应力为 260.502 MPa，发生在前从板座区域；该区域有局部应力集中现象，但峰值应力未超过材料的许用应力。 由计算结果可以看出，在工况 E4 作用下，即车体在承受拉应力和最大垂向力的作用下，车体单元最大 von_Mises 应力为 264.893 MPa，发生在小纵梁区域，如图 2（d）所示；该区域材料为 09CuPCrNi-A，屈服强度为 ?s＝345MPa，材料许用应力为 300 MPa，车体计算最大应力在许用应力范围内。 jxHY 5 结论 （1）车体各部位 von Mises 当量应力及车体等效弯曲刚度均满足欧洲标准 EN 12663-2:2010《铁路车辆车体结构要求》，强度合格。 （2）计算表明，工况 E1 最大应力发生在前从板座区域，工况 E4 最大应力发生在小纵梁区域，表明这些区域是应力集中点，应在满足安全裕量的基础上，降低峰值应力，使应力分布均匀。 （3）新型行邮车在采用具有良好服役行为的新型材料，既能满足车体强度又能满足安全裕量，充分利用材料，节约成本，降低工作量。