王志濤+李寶泉+趙鳳啟

摘要：文章介紹了在軌道客車地板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用了模塊化結(jié)構(gòu)的浮動地板及彈性封邊構(gòu)造。在保證地板結(jié)構(gòu)的承載能力和減振、降噪功能的前提下，顯著減輕了地板重量，簡化了地板結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)計(jì)成本。

關(guān)鍵詞：軌道客車；地板結(jié)構(gòu)；地板重量

中圖分類號：TH164 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0125-03

1 概述

針對城軌客車地板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大安裝不便的技術(shù)問題，采用了模塊化平面結(jié)構(gòu)，在與車體底架上表面的結(jié)合部位采用了浮動構(gòu)造，僅在地板與車體側(cè)墻的連接處采用了彈性封邊固定地板模塊，在保證內(nèi)裝地板的承載能力和減振、降噪功能的前提下，大幅度減少了內(nèi)裝地板的重量，簡化了結(jié)構(gòu)，方便了內(nèi)裝地板的安裝工藝，降低了設(shè)計(jì)成本和制造成本，取得了較好的效果。

2 輕型地板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與材料選用

2.1 地板的設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

圖1 地板結(jié)構(gòu)橫向節(jié)點(diǎn)及側(cè)向節(jié)點(diǎn)

地板采用鋁蜂窩復(fù)合板材，上面2mm厚的鋁板中間是鋁蜂窩材料，下層1.5mm厚的鋁板，周邊用鋁板折彎封邊處理，代替原來的鋁型材邊，降低地板的重量。為提高地板的減振性能，在地板設(shè)計(jì)中采用粘接方形橡膠支承塊的結(jié)構(gòu)，在鋁蜂窩地板下面按300×300的間隔陣列粘接60×60×10mm的橡膠支承塊，在支承塊之間空擋處粘接10mm厚的三聚氰胺發(fā)泡材料用于隔熱和吸收車下噪音，地板上面覆阻燃PVC地板布，地板布厚度2.5mm，地板各種非金屬材料制作的配件其防火性能符合DIN 5510-2標(biāo)準(zhǔn)要求，TB/T3139環(huán)保的相關(guān)規(guī)定。為模塊化浮筑結(jié)構(gòu)，地板塊之間直接用螺釘緊固成一體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。地板模塊與車體地板上表面只有一個(gè)平面之間的接觸，可較好地阻隔車體振動和噪音向客室內(nèi)的傳播。取消車體底架上面的C型槽結(jié)構(gòu)，簡化車體地板和內(nèi)裝地板的構(gòu)造，簡化內(nèi)裝地板安裝工藝。在內(nèi)裝地板與車體側(cè)墻處采用彈性元件聯(lián)接，控制地板的定位并具有防水功能。地板結(jié)構(gòu)見圖1所示。

對比原型地板，本車的地板結(jié)構(gòu)取消車體上表面的C型槽結(jié)構(gòu)、側(cè)墻處的鋁型材封邊、安裝支座、彈性元件和鋁型材橫梁等部件。采用了一體模塊化結(jié)構(gòu)，并且將地板隔熱隔音材料與地板粘接集成為一體結(jié)構(gòu)。地板模塊與車體底架上表面只有平面連接關(guān)系。在安裝地板時(shí)只將地板模塊放到車體地板表面上，定位后用螺釘緊固橫向接縫，在側(cè)墻下邊安裝由薄型不銹鋼板制造的彈性封邊就完成了地板的安裝工作，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、減輕重量的

優(yōu)點(diǎn)。

2.2 新型地板結(jié)構(gòu)的計(jì)算與分析

由于在內(nèi)裝地板的設(shè)計(jì)中進(jìn)行了輕量化結(jié)構(gòu)改進(jìn)。為保證內(nèi)裝地板在工作壽命周期內(nèi)可靠工作、驗(yàn)證地板的承載能力和減振降噪能力，分別對新型地板結(jié)構(gòu)按最大工況進(jìn)行了強(qiáng)度剛度和減振降噪的模擬計(jì)算分析。

2.2.1 地板強(qiáng)度、剛度計(jì)算分析：模擬工況：地板主要承受乘客的垂直向下的正壓力，按最大超員的工況：

9人/m2，按70kg/人，每個(gè)人按兩塊50×100mm2的小方形面積計(jì)算?？傮w上是小面積均布的陣列排布受力方式，根據(jù)受力面積及力的大小不同，共計(jì)算4種工況，分別是：

（1）每小塊按50×120/350N，每平方米18個(gè)受力塊均布；（2）每小塊按50×50/350N，每平方米18個(gè)受力塊均布；（3）每小塊按10×40/350N，每平方米18個(gè)受力塊均布；（4）每小塊按50×50/700N，每平方米9個(gè)受力塊

均布。

約束條件：約束主要施加在橡膠減振座上，約束X、Y、Z三方向上的自由度。

強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果：

（1）內(nèi)裝地板位移最大值發(fā)生在工況4作用下，為0.68mm。

（2）上下層鋁板的最大應(yīng)力為40.1MPa，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)知，鋁板屈服極限為125MPa，因此，鋁蜂窩地板板的強(qiáng)度符合要求，其剛度能滿足使用要求。

2.2.2 減振降噪計(jì)算分析：

（1）結(jié)構(gòu)模型。新型內(nèi)裝地板安裝結(jié)構(gòu)采用18mm鋁蜂窩板復(fù)合材料，在地板下表面均布粘接60×60×9mm3的橡膠減振墊，用于支承地板，傳遞垂向力并起到減少振動的作用。橡膠減振墊間距約280左右，地板上表面粘2mm厚的PVC地板布。地板下表面橡膠減振墊間隔之間粘接的是三聚氰胺發(fā)泡材料，表面貼鋁箔。

（2）有限元模型：為了便于計(jì)算，對鋁蜂窩地板采用等效方法（按照Gibson簡化理論），將鋁蜂窩簡化為正交各向異性板（在有限元計(jì)算中可以采用實(shí)體單元建模，但是在VA One軟件中采用SEA統(tǒng)計(jì)能量法計(jì)算時(shí)，同樣簡化為一層面網(wǎng)格），這樣的簡化過程中，六邊形鋁蜂窩折合材料參數(shù)如表1所示。

（3）振動響應(yīng)計(jì)算：振動響應(yīng)計(jì)算的內(nèi)容是將Ansys模態(tài)計(jì)算求解完畢的模態(tài)結(jié)果導(dǎo)入到Virtual.Lab軟件中去，在相應(yīng)位置加載振動激勵源載荷，計(jì)算整個(gè)內(nèi)裝地板結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)見圖2所示。

（4）隔聲計(jì)算：根據(jù)磁懸浮車內(nèi)裝地板的結(jié)構(gòu)特性，地板結(jié)構(gòu)為包含PVC地板布、鋁板、鋁蜂窩、不銹鋼板、橡膠墊、吸音材、鋁箔等等在內(nèi)的復(fù)雜多層結(jié)構(gòu)。將前面創(chuàng)建的有限元模型導(dǎo)入到VA One軟件中去，通過創(chuàng)建Face、創(chuàng)建材料、創(chuàng)建NCT等步驟，計(jì)算整體的MNCT效果，結(jié)果如圖3：

通過計(jì)算結(jié)果可以看出，地板部位的總體A計(jì)權(quán)隔聲量位9.85dBA?？紤]到SEA方法計(jì)算主要在高頻段有較好的結(jié)果，其在315Hz以上的A計(jì)權(quán)隔聲量為10.5dBA；在1000Hz以上的A計(jì)權(quán)隔聲量為16.7dBA左右。同時(shí)從計(jì)算結(jié)果可以看出，本新型地板結(jié)構(gòu)在630Hz左右有一個(gè)隔聲的低谷，1000Hz以上較高頻段的隔聲效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于低頻段，這跟一般的多層隔聲材料的隔聲特性也是基本吻合的。

（5）地板減重效果分析：經(jīng)過三D設(shè)計(jì)，自動生成地板總成（含防寒材）的重量為：510kg，平均每延米平均重量為：510/14.6m=34.9kg/m。

對比原型地鐵類似地板結(jié)構(gòu)的重量（加上地板防寒材的重量），每延米平均重量為：

（914+48.6）kg/19m=50.6kg/m。

（50.6-34.9）/50.6×100=31%。地板減重達(dá)31%。效果明顯。

圖2 內(nèi)裝地板結(jié)構(gòu)模態(tài)振型與地板振動響應(yīng)

圖3 新型地板結(jié)構(gòu)隔聲性能曲線

3 結(jié)語

經(jīng)前述的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作之后，新型地板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)重量在確保其產(chǎn)品性能和減振、降噪功能的前提下，有了大幅度的減少，并增加了其強(qiáng)度和剛度以及吸音降噪的功能，同時(shí)還減化了地板制造安裝的工藝過程。降低了設(shè)計(jì)和制造成本。達(dá)到了使車體輕量化的設(shè)計(jì)目標(biāo)，節(jié)省了軌道客車在運(yùn)行時(shí)的能量消耗，增加了有效載荷，對城軌客車設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐵道機(jī)車車輛的預(yù)防性防火（第2部分）：材料和結(jié)

構(gòu)部件的防火性能和燃燒并發(fā)現(xiàn)象、分類、要求及試

驗(yàn)方法（DIN 5510-2：2009）[S].

[2] 趙有明.國外輕軌車輛譯文集[C].鐵科院，2006.

[3] 沈?qū)毤t.城市軌道交通噪聲與震動控制對策[J].環(huán)境

科學(xué)與管理，2005.

作者簡介：王志濤，男，唐山軌道客車有限責(zé)任公司產(chǎn)品研發(fā)中心高級工程師，研究方向：軌道車輛研發(fā)設(shè)計(jì)。endprint

摘要：文章介紹了在軌道客車地板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用了模塊化結(jié)構(gòu)的浮動地板及彈性封邊構(gòu)造。在保證地板結(jié)構(gòu)的承載能力和減振、降噪功能的前提下，顯著減輕了地板重量，簡化了地板結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)計(jì)成本。

關(guān)鍵詞：軌道客車；地板結(jié)構(gòu)；地板重量

中圖分類號：TH164 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0125-03

1 概述

針對城軌客車地板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大安裝不便的技術(shù)問題，采用了模塊化平面結(jié)構(gòu)，在與車體底架上表面的結(jié)合部位采用了浮動構(gòu)造，僅在地板與車體側(cè)墻的連接處采用了彈性封邊固定地板模塊，在保證內(nèi)裝地板的承載能力和減振、降噪功能的前提下，大幅度減少了內(nèi)裝地板的重量，簡化了結(jié)構(gòu)，方便了內(nèi)裝地板的安裝工藝，降低了設(shè)計(jì)成本和制造成本，取得了較好的效果。

2 輕型地板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與材料選用

2.1 地板的設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

圖1 地板結(jié)構(gòu)橫向節(jié)點(diǎn)及側(cè)向節(jié)點(diǎn)

地板采用鋁蜂窩復(fù)合板材，上面2mm厚的鋁板中間是鋁蜂窩材料，下層1.5mm厚的鋁板，周邊用鋁板折彎封邊處理，代替原來的鋁型材邊，降低地板的重量。為提高地板的減振性能，在地板設(shè)計(jì)中采用粘接方形橡膠支承塊的結(jié)構(gòu)，在鋁蜂窩地板下面按300×300的間隔陣列粘接60×60×10mm的橡膠支承塊，在支承塊之間空擋處粘接10mm厚的三聚氰胺發(fā)泡材料用于隔熱和吸收車下噪音，地板上面覆阻燃PVC地板布，地板布厚度2.5mm，地板各種非金屬材料制作的配件其防火性能符合DIN 5510-2標(biāo)準(zhǔn)要求，TB/T3139環(huán)保的相關(guān)規(guī)定。為模塊化浮筑結(jié)構(gòu)，地板塊之間直接用螺釘緊固成一體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。地板模塊與車體地板上表面只有一個(gè)平面之間的接觸，可較好地阻隔車體振動和噪音向客室內(nèi)的傳播。取消車體底架上面的C型槽結(jié)構(gòu)，簡化車體地板和內(nèi)裝地板的構(gòu)造，簡化內(nèi)裝地板安裝工藝。在內(nèi)裝地板與車體側(cè)墻處采用彈性元件聯(lián)接，控制地板的定位并具有防水功能。地板結(jié)構(gòu)見圖1所示。

對比原型地板，本車的地板結(jié)構(gòu)取消車體上表面的C型槽結(jié)構(gòu)、側(cè)墻處的鋁型材封邊、安裝支座、彈性元件和鋁型材橫梁等部件。采用了一體模塊化結(jié)構(gòu)，并且將地板隔熱隔音材料與地板粘接集成為一體結(jié)構(gòu)。地板模塊與車體底架上表面只有平面連接關(guān)系。在安裝地板時(shí)只將地板模塊放到車體地板表面上，定位后用螺釘緊固橫向接縫，在側(cè)墻下邊安裝由薄型不銹鋼板制造的彈性封邊就完成了地板的安裝工作，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、減輕重量的

優(yōu)點(diǎn)。

2.2 新型地板結(jié)構(gòu)的計(jì)算與分析

由于在內(nèi)裝地板的設(shè)計(jì)中進(jìn)行了輕量化結(jié)構(gòu)改進(jìn)。為保證內(nèi)裝地板在工作壽命周期內(nèi)可靠工作、驗(yàn)證地板的承載能力和減振降噪能力，分別對新型地板結(jié)構(gòu)按最大工況進(jìn)行了強(qiáng)度剛度和減振降噪的模擬計(jì)算分析。

2.2.1 地板強(qiáng)度、剛度計(jì)算分析：模擬工況：地板主要承受乘客的垂直向下的正壓力，按最大超員的工況：

9人/m2，按70kg/人，每個(gè)人按兩塊50×100mm2的小方形面積計(jì)算?？傮w上是小面積均布的陣列排布受力方式，根據(jù)受力面積及力的大小不同，共計(jì)算4種工況，分別是：

（1）每小塊按50×120/350N，每平方米18個(gè)受力塊均布；（2）每小塊按50×50/350N，每平方米18個(gè)受力塊均布；（3）每小塊按10×40/350N，每平方米18個(gè)受力塊均布；（4）每小塊按50×50/700N，每平方米9個(gè)受力塊

均布。

約束條件：約束主要施加在橡膠減振座上，約束X、Y、Z三方向上的自由度。

強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果：

（1）內(nèi)裝地板位移最大值發(fā)生在工況4作用下，為0.68mm。

（2）上下層鋁板的最大應(yīng)力為40.1MPa，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)知，鋁板屈服極限為125MPa，因此，鋁蜂窩地板板的強(qiáng)度符合要求，其剛度能滿足使用要求。

2.2.2 減振降噪計(jì)算分析：

（1）結(jié)構(gòu)模型。新型內(nèi)裝地板安裝結(jié)構(gòu)采用18mm鋁蜂窩板復(fù)合材料，在地板下表面均布粘接60×60×9mm3的橡膠減振墊，用于支承地板，傳遞垂向力并起到減少振動的作用。橡膠減振墊間距約280左右，地板上表面粘2mm厚的PVC地板布。地板下表面橡膠減振墊間隔之間粘接的是三聚氰胺發(fā)泡材料，表面貼鋁箔。

（2）有限元模型：為了便于計(jì)算，對鋁蜂窩地板采用等效方法（按照Gibson簡化理論），將鋁蜂窩簡化為正交各向異性板（在有限元計(jì)算中可以采用實(shí)體單元建模，但是在VA One軟件中采用SEA統(tǒng)計(jì)能量法計(jì)算時(shí)，同樣簡化為一層面網(wǎng)格），這樣的簡化過程中，六邊形鋁蜂窩折合材料參數(shù)如表1所示。

（3）振動響應(yīng)計(jì)算：振動響應(yīng)計(jì)算的內(nèi)容是將Ansys模態(tài)計(jì)算求解完畢的模態(tài)結(jié)果導(dǎo)入到Virtual.Lab軟件中去，在相應(yīng)位置加載振動激勵源載荷，計(jì)算整個(gè)內(nèi)裝地板結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)見圖2所示。

（4）隔聲計(jì)算：根據(jù)磁懸浮車內(nèi)裝地板的結(jié)構(gòu)特性，地板結(jié)構(gòu)為包含PVC地板布、鋁板、鋁蜂窩、不銹鋼板、橡膠墊、吸音材、鋁箔等等在內(nèi)的復(fù)雜多層結(jié)構(gòu)。將前面創(chuàng)建的有限元模型導(dǎo)入到VA One軟件中去，通過創(chuàng)建Face、創(chuàng)建材料、創(chuàng)建NCT等步驟，計(jì)算整體的MNCT效果，結(jié)果如圖3：

通過計(jì)算結(jié)果可以看出，地板部位的總體A計(jì)權(quán)隔聲量位9.85dBA?？紤]到SEA方法計(jì)算主要在高頻段有較好的結(jié)果，其在315Hz以上的A計(jì)權(quán)隔聲量為10.5dBA；在1000Hz以上的A計(jì)權(quán)隔聲量為16.7dBA左右。同時(shí)從計(jì)算結(jié)果可以看出，本新型地板結(jié)構(gòu)在630Hz左右有一個(gè)隔聲的低谷，1000Hz以上較高頻段的隔聲效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于低頻段，這跟一般的多層隔聲材料的隔聲特性也是基本吻合的。

（5）地板減重效果分析：經(jīng)過三D設(shè)計(jì)，自動生成地板總成（含防寒材）的重量為：510kg，平均每延米平均重量為：510/14.6m=34.9kg/m。

對比原型地鐵類似地板結(jié)構(gòu)的重量（加上地板防寒材的重量），每延米平均重量為：

（914+48.6）kg/19m=50.6kg/m。

（50.6-34.9）/50.6×100=31%。地板減重達(dá)31%。效果明顯。

圖2 內(nèi)裝地板結(jié)構(gòu)模態(tài)振型與地板振動響應(yīng)

圖3 新型地板結(jié)構(gòu)隔聲性能曲線

3 結(jié)語

經(jīng)前述的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作之后，新型地板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)重量在確保其產(chǎn)品性能和減振、降噪功能的前提下，有了大幅度的減少，并增加了其強(qiáng)度和剛度以及吸音降噪的功能，同時(shí)還減化了地板制造安裝的工藝過程。降低了設(shè)計(jì)和制造成本。達(dá)到了使車體輕量化的設(shè)計(jì)目標(biāo)，節(jié)省了軌道客車在運(yùn)行時(shí)的能量消耗，增加了有效載荷，對城軌客車設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐵道機(jī)車車輛的預(yù)防性防火（第2部分）：材料和結(jié)

構(gòu)部件的防火性能和燃燒并發(fā)現(xiàn)象、分類、要求及試

驗(yàn)方法（DIN 5510-2：2009）[S].

[2] 趙有明.國外輕軌車輛譯文集[C].鐵科院，2006.

[3] 沈?qū)毤t.城市軌道交通噪聲與震動控制對策[J].環(huán)境

科學(xué)與管理，2005.

作者簡介：王志濤，男，唐山軌道客車有限責(zé)任公司產(chǎn)品研發(fā)中心高級工程師，研究方向：軌道車輛研發(fā)設(shè)計(jì)。endprint

摘要：文章介紹了在軌道客車地板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用了模塊化結(jié)構(gòu)的浮動地板及彈性封邊構(gòu)造。在保證地板結(jié)構(gòu)的承載能力和減振、降噪功能的前提下，顯著減輕了地板重量，簡化了地板結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)計(jì)成本。

關(guān)鍵詞：軌道客車；地板結(jié)構(gòu)；地板重量

中圖分類號：TH164 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0125-03

1 概述

針對城軌客車地板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大安裝不便的技術(shù)問題，采用了模塊化平面結(jié)構(gòu)，在與車體底架上表面的結(jié)合部位采用了浮動構(gòu)造，僅在地板與車體側(cè)墻的連接處采用了彈性封邊固定地板模塊，在保證內(nèi)裝地板的承載能力和減振、降噪功能的前提下，大幅度減少了內(nèi)裝地板的重量，簡化了結(jié)構(gòu)，方便了內(nèi)裝地板的安裝工藝，降低了設(shè)計(jì)成本和制造成本，取得了較好的效果。

2 輕型地板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與材料選用

2.1 地板的設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

圖1 地板結(jié)構(gòu)橫向節(jié)點(diǎn)及側(cè)向節(jié)點(diǎn)

地板采用鋁蜂窩復(fù)合板材，上面2mm厚的鋁板中間是鋁蜂窩材料，下層1.5mm厚的鋁板，周邊用鋁板折彎封邊處理，代替原來的鋁型材邊，降低地板的重量。為提高地板的減振性能，在地板設(shè)計(jì)中采用粘接方形橡膠支承塊的結(jié)構(gòu)，在鋁蜂窩地板下面按300×300的間隔陣列粘接60×60×10mm的橡膠支承塊，在支承塊之間空擋處粘接10mm厚的三聚氰胺發(fā)泡材料用于隔熱和吸收車下噪音，地板上面覆阻燃PVC地板布，地板布厚度2.5mm，地板各種非金屬材料制作的配件其防火性能符合DIN 5510-2標(biāo)準(zhǔn)要求，TB/T3139環(huán)保的相關(guān)規(guī)定。為模塊化浮筑結(jié)構(gòu)，地板塊之間直接用螺釘緊固成一體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。地板模塊與車體地板上表面只有一個(gè)平面之間的接觸，可較好地阻隔車體振動和噪音向客室內(nèi)的傳播。取消車體底架上面的C型槽結(jié)構(gòu)，簡化車體地板和內(nèi)裝地板的構(gòu)造，簡化內(nèi)裝地板安裝工藝。在內(nèi)裝地板與車體側(cè)墻處采用彈性元件聯(lián)接，控制地板的定位并具有防水功能。地板結(jié)構(gòu)見圖1所示。

對比原型地板，本車的地板結(jié)構(gòu)取消車體上表面的C型槽結(jié)構(gòu)、側(cè)墻處的鋁型材封邊、安裝支座、彈性元件和鋁型材橫梁等部件。采用了一體模塊化結(jié)構(gòu)，并且將地板隔熱隔音材料與地板粘接集成為一體結(jié)構(gòu)。地板模塊與車體底架上表面只有平面連接關(guān)系。在安裝地板時(shí)只將地板模塊放到車體地板表面上，定位后用螺釘緊固橫向接縫，在側(cè)墻下邊安裝由薄型不銹鋼板制造的彈性封邊就完成了地板的安裝工作，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、減輕重量的

優(yōu)點(diǎn)。

2.2 新型地板結(jié)構(gòu)的計(jì)算與分析

由于在內(nèi)裝地板的設(shè)計(jì)中進(jìn)行了輕量化結(jié)構(gòu)改進(jìn)。為保證內(nèi)裝地板在工作壽命周期內(nèi)可靠工作、驗(yàn)證地板的承載能力和減振降噪能力，分別對新型地板結(jié)構(gòu)按最大工況進(jìn)行了強(qiáng)度剛度和減振降噪的模擬計(jì)算分析。

2.2.1 地板強(qiáng)度、剛度計(jì)算分析：模擬工況：地板主要承受乘客的垂直向下的正壓力，按最大超員的工況：

9人/m2，按70kg/人，每個(gè)人按兩塊50×100mm2的小方形面積計(jì)算?？傮w上是小面積均布的陣列排布受力方式，根據(jù)受力面積及力的大小不同，共計(jì)算4種工況，分別是：

（1）每小塊按50×120/350N，每平方米18個(gè)受力塊均布；（2）每小塊按50×50/350N，每平方米18個(gè)受力塊均布；（3）每小塊按10×40/350N，每平方米18個(gè)受力塊均布；（4）每小塊按50×50/700N，每平方米9個(gè)受力塊

均布。

約束條件：約束主要施加在橡膠減振座上，約束X、Y、Z三方向上的自由度。

強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果：

（1）內(nèi)裝地板位移最大值發(fā)生在工況4作用下，為0.68mm。

（2）上下層鋁板的最大應(yīng)力為40.1MPa，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)知，鋁板屈服極限為125MPa，因此，鋁蜂窩地板板的強(qiáng)度符合要求，其剛度能滿足使用要求。

2.2.2 減振降噪計(jì)算分析：

（1）結(jié)構(gòu)模型。新型內(nèi)裝地板安裝結(jié)構(gòu)采用18mm鋁蜂窩板復(fù)合材料，在地板下表面均布粘接60×60×9mm3的橡膠減振墊，用于支承地板，傳遞垂向力并起到減少振動的作用。橡膠減振墊間距約280左右，地板上表面粘2mm厚的PVC地板布。地板下表面橡膠減振墊間隔之間粘接的是三聚氰胺發(fā)泡材料，表面貼鋁箔。

（2）有限元模型：為了便于計(jì)算，對鋁蜂窩地板采用等效方法（按照Gibson簡化理論），將鋁蜂窩簡化為正交各向異性板（在有限元計(jì)算中可以采用實(shí)體單元建模，但是在VA One軟件中采用SEA統(tǒng)計(jì)能量法計(jì)算時(shí)，同樣簡化為一層面網(wǎng)格），這樣的簡化過程中，六邊形鋁蜂窩折合材料參數(shù)如表1所示。

（3）振動響應(yīng)計(jì)算：振動響應(yīng)計(jì)算的內(nèi)容是將Ansys模態(tài)計(jì)算求解完畢的模態(tài)結(jié)果導(dǎo)入到Virtual.Lab軟件中去，在相應(yīng)位置加載振動激勵源載荷，計(jì)算整個(gè)內(nèi)裝地板結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)見圖2所示。

（4）隔聲計(jì)算：根據(jù)磁懸浮車內(nèi)裝地板的結(jié)構(gòu)特性，地板結(jié)構(gòu)為包含PVC地板布、鋁板、鋁蜂窩、不銹鋼板、橡膠墊、吸音材、鋁箔等等在內(nèi)的復(fù)雜多層結(jié)構(gòu)。將前面創(chuàng)建的有限元模型導(dǎo)入到VA One軟件中去，通過創(chuàng)建Face、創(chuàng)建材料、創(chuàng)建NCT等步驟，計(jì)算整體的MNCT效果，結(jié)果如圖3：

通過計(jì)算結(jié)果可以看出，地板部位的總體A計(jì)權(quán)隔聲量位9.85dBA。考慮到SEA方法計(jì)算主要在高頻段有較好的結(jié)果，其在315Hz以上的A計(jì)權(quán)隔聲量為10.5dBA；在1000Hz以上的A計(jì)權(quán)隔聲量為16.7dBA左右。同時(shí)從計(jì)算結(jié)果可以看出，本新型地板結(jié)構(gòu)在630Hz左右有一個(gè)隔聲的低谷，1000Hz以上較高頻段的隔聲效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于低頻段，這跟一般的多層隔聲材料的隔聲特性也是基本吻合的。

（5）地板減重效果分析：經(jīng)過三D設(shè)計(jì)，自動生成地板總成（含防寒材）的重量為：510kg，平均每延米平均重量為：510/14.6m=34.9kg/m。

對比原型地鐵類似地板結(jié)構(gòu)的重量（加上地板防寒材的重量），每延米平均重量為：

（914+48.6）kg/19m=50.6kg/m。

（50.6-34.9）/50.6×100=31%。地板減重達(dá)31%。效果明顯。

圖2 內(nèi)裝地板結(jié)構(gòu)模態(tài)振型與地板振動響應(yīng)

圖3 新型地板結(jié)構(gòu)隔聲性能曲線

3 結(jié)語

經(jīng)前述的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作之后，新型地板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)重量在確保其產(chǎn)品性能和減振、降噪功能的前提下，有了大幅度的減少，并增加了其強(qiáng)度和剛度以及吸音降噪的功能，同時(shí)還減化了地板制造安裝的工藝過程。降低了設(shè)計(jì)和制造成本。達(dá)到了使車體輕量化的設(shè)計(jì)目標(biāo)，節(jié)省了軌道客車在運(yùn)行時(shí)的能量消耗，增加了有效載荷，對城軌客車設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐵道機(jī)車車輛的預(yù)防性防火（第2部分）：材料和結(jié)

構(gòu)部件的防火性能和燃燒并發(fā)現(xiàn)象、分類、要求及試

驗(yàn)方法（DIN 5510-2：2009）[S].

[2] 趙有明.國外輕軌車輛譯文集[C].鐵科院，2006.

[3] 沈?qū)毤t.城市軌道交通噪聲與震動控制對策[J].環(huán)境

科學(xué)與管理，2005.

作者簡介：王志濤，男，唐山軌道客車有限責(zé)任公司產(chǎn)品研發(fā)中心高級工程師，研究方向：軌道車輛研發(fā)設(shè)計(jì)。endprint