基于Ansysworkbench的地铁座椅结构改进设计.docx

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基于Ansysworkbench的地铁座椅结构改进设计

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摘要：为了在允许范围内减轻地铁车辆座椅的重量，本文利用Ansysworkbench软件对现有地铁车辆的座椅结构进行仿真分析，对比安全系数，进而优化座椅结构与安装方式。同时对改进后的结构进行静力学仿真，验证其可应用性。仿真结果表明：改进后的座椅结构不但满足安全性要求同时达到车辆减重的期望。

关键词：Ansysworkbench；轻量化；改进设计

DesignimprovementofsubwayseatstructurebasedonAnsysworkbench

MaKun

（Beijingzhongchechangkeerqitrackequipmentco.LTD，Beijing102433，China）

Abstract：Inordertoreducetheweightofsubwayvehicleseatswithinthepermittedrange，thispaperusesAnsysworkbenchsoftwaretosimulatetheseatstructureofexistingsubwayvehicles，comparethesafetyfactors，andthenoptimizetheseatstructureandinstallationmethods.Atthesametime，theimprovedstructureissimulatedstaticallytoverifyitsapplicability.Simulationresultsshowthattheimprovedseatstructurenotonlymeetsthesafetyrequirementsbutalsoachievestheexpectationofvehicleweightreduction.

Keywords：Ansysworkbench；lightweight；Improveddesign

引言

隨着科技发展地铁车辆的技术工作者越发关注车体轻量化设计。为此我国的地铁车辆从刚开始的钢结构逐步过渡到铝结构，完成了一次质的飞跃。此后，大多着眼于各个零部件的结构轻量化。本文对既有的地铁座椅结构进行Ansysworkbench仿真分析，对结构进行改进，并验证改进后的结构可行性【1】。

1结构建模

本文以地铁车辆3人座椅为例，在CREO软件中建立其三维模型，如下图所示，为了便于仿真将整体结构在Ansys中进行布尔操作形成一个大的整体，同时将椅面等薄板零件简化为面组。由图中可见，该3人座椅主要包括椅面、骨架、椅面加强件和座椅背部与墙体之间的安装件组成。其中椅子背部的安装件通过螺栓与墙体上的安装滑槽相连。同时座椅结构内部各零件之间均通过螺栓紧固。骨架结构为铝合金材质，其基本材料属性如表1所示，在Ansys中为其分配材料。

基于降低计算量同时保障精度两方面的考量【2-3】，尽量减少网格划分数目。按照系统控制方式对其进行网格划分，共得到90484个节点和35396个单元。为了便于计算将连接螺栓简化为梁单元，同时对梁的两端进行固定。

2加载与分析

模拟实际情况，设置两步加载：第一步依据《DIN25201-2》的规定对安装螺栓（M10-8.8级）施加大小为26300N的预紧力【4】，并在第二步进行锁定，同时第二步对单个椅面施加600kg的均布载荷。分析求解后的应力云图结果如图2所示。

3结果分析

参考EN12663的标准要求，实际生产的座椅结构的安全系数必须大于标准中规定的安全系数Sxu（1.15）【5】，其计算公式如下：

（1）

其中：S为实际生产中座椅结构的安全系数，Re为铝合金材料的许用应力，参考EN485-2，将其取值为240MPa，σc为计算结构中的应力值。

由应力图可知，应力集中于椅面折弯处，最大的应力为60.044MPa。按照公式（1）计算后得安全系数为4，远大于其许可值1.15，为此对该结构进行轻量化改进。

4结构改进

为了实现结构轻量化，将安装件与椅面加强件减少至两个并重新安排其位置，如图3所示。

对该结构进行相同的网格划分同时施加相同的载荷，并对改进后的结构进行应力分析，结果如下图所示。

由图中可知应力最大处仍为座椅折弯处，最大值为120.98MPa，按照公式（1）计算后得安全系数为2，仍然满足标准要求。

结果表明改进前后，座椅变形与安装螺栓应力改变并不明显，改进后的座椅结构完全满足要求。

5结束语

本文利用Ansysworkbench