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8车复合材料司机室溷杂结构有限元分析.pdf

3) 高速列车复合材料司机室混杂结构有限元分析 ())* 年0 月 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 高速列车复合材料司机室混杂结构有限元分析 3 3 ( 张’ 胜 ,江大治 ,周’ 升 (36 国防科大航天与材料工程学院,长沙’ 7 3))50 ;(6 株洲电力机车广缘科技有限公司,株洲’ 7 3()) 3 ) 摘要:本文以典型高速列车钢制司机室结构为设计原型,利用有限元分析软件/2,898 对其刚度和强度进行分析。在满 足司机室对刚度和强度要求的前提下,提出了一种新型列车司机室结构形式/钢骨架复合材料司机室混杂结构。对比分析该 结构形式与钢制司机室作,结果表明,利用玻璃钢泡沫夹芯材料设计复合材料司机室混杂结构,一方面可以提高司机室整体承 载能力,另一方面可以减轻司机室(): 自重。 关键词:高速列车;玻璃钢;泡沫夹芯;有限元;结构分析 中图分类号:;(*)6 01’ ’ 文献标识码:2’ ’ 文章编号:3))0 )444 (())* ))(/))3)/)7 3’ 引’ 言 2,898 对典型高速列车钢结构司机室和复合材料 为了适应国民经济飞速发展的需要,列车已连 司机室进行了刚度、强度分析,对比分析了两种结构 续. 次实行大提速。现在我国列车最高时速约 的受力特点,为将来对复合材料司机室结构进行优 ())=$ ? ,但与国外高速列车近0))=$ ? 时速相比 化设计、开发整体成型技术奠定基础。 还存在较大差距,因此如何进一步提高列车速度,成 (’ 典型钢结构司机室及其结构分析 为科技工作者所面临的挑战。目前实现提速的途径 为了充分发挥复合材料的力学特性,先对钢制 主要是对线路进行改造、加大机车牵引功率、降低车 司机室进行结构的强度和刚度分析,明确各部件的 体自重等。其中减轻列车自重这一途径具有显著经 应力和变形情况。在此基础上结合树脂膜熔融渗透 济效益和社会效益。在实现提高时速的同时它还能 (!D )工艺特点,合理地确定复合材料的使用部件 降低能耗、减少废气污染及提高有效运输能力。利 和范围,得到一种较为理想的复合材料司机室结构。 用轻质高强的复合材料制造列车是降低自重的重要 !6 ’ 司机室结构 手段,同时新型的复合材料成型工艺能一次整体成 本文研究的复合材料司机室是以正在服役的某 型大尺寸且具有复杂曲面的司机室。与常规的金属 型高速列车司机室为设计原型,外形轮廓尺寸为 (.*( E 03)) E (75) (见图3 )。其主体结构大致 材料加工工艺相比,利用复合材料制造列车司机室 [3] 可分为钢骨架和蒙皮两部分。钢骨架主要由宽为 能降低制造难度,节约制造成本 。 1) ,厚分别为1 、3) 、370 种规格的高耐 国外利用复合材料制造列车车体及司机室结构 候钢板焊接组成。材质模量为())A#F ,泊松比为 已达到相当高的水平。早在 3455 年英国使用层压 )6 0 ,屈服强度为07.#F 。蒙皮采用( 厚不锈钢 !# 板包覆聚氨酯泡沫芯构成夹层结构制造城际 板,司机室结构总重量约为1(1=G 。 3(. 型机车。在法国和日

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