趙思聰

摘要：為了確保地鐵車輛的長期安全可靠運行，采用EN12663-1：2010標準對某不銹鋼地鐵車輛車體結構進行了疲勞強度仿真計算，并采用Eurocode 3方法對焊縫進行了評估，分析計算結果表明該車體結構滿足2×106循環(huán)周次疲勞壽命的要求。

關鍵詞：Eurocode 3；不銹鋼地鐵；疲勞強度

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.13.086

某地鐵車輛車體結構主要材料為高強度的奧氏體不銹鋼。不銹鋼車體結構具有耐腐蝕、免油漆、耐高溫、結構輕量化、機械性能高、維護成本低等優(yōu)點，受到業(yè)主的廣泛歡迎，成為地鐵行業(yè)中的主力車型。然而，當不銹鋼材料進行弧焊焊接時會產生較大的焊接變形，為解決這一問題，不銹鋼車體結構通常采用電阻點焊的方式進行不同部件的連接。

1車體結構與有限元模型

該不銹鋼車體采用由底架、側墻、端墻、車頂、司機室等構成的薄壁筒型整體承載結構，除底架牽引梁、枕梁和內邊梁部位采用碳鋼材料外，其它部位均使用奧氏體不銹鋼材料。車頂由波紋頂板、彎梁等組成。側墻由側墻板、側墻立柱、上邊梁等組成。端墻由門立柱、門橫梁、端墻板、端角立柱等組成。底架由邊梁、橫梁、牽引梁、枕梁、緩沖梁等組成。該地鐵長度20000mm，最大寬度2890mm。

該不銹鋼車體主要為板梁結構，因此采用殼單元離散主結構。該車體的有限元模型主要采用四節(jié)點四邊形單元quad4，部分采用三節(jié)點三角形單元tria3，焊點采用一維cweld單元。通過rigid剛性單元將主要設備載荷加載在設備吊掛點。網格平均尺寸為15-20mm，整個有限元模型共有2408250個單元，2451150個節(jié)點，其中點焊單元有9814個。

2計算工況和評定標準

依據《BS EN 12663-1：2010 Railway applications-Structure requirements of railway vehicle bodies》的規(guī)定，車體疲勞計算應在定員載荷條件下，具體的疲勞工況如表1所示。

3計算結果

根據疲勞強度計算結果選取如下危險點進行詳細分析。依據《BS EN 1993-1-9：2005 Eurocode 3： Desgin of steel structures-Part 1-9：Fatigue》（以下簡稱Eurocode 3）對焊縫應力進行評估。

3.1門下角與門立柱焊縫

根據Eurocode 3，各疲勞工況下門下角與門立柱焊縫屬于表8.5中的56類，其疲勞極限為56MPa。計算結果如表2所示。該焊縫在垂向疲勞工況時疲勞應力絕對值最大，小于疲勞極限56MPa。應力云圖見圖1-圖2。

3.2門下角與底架邊梁焊縫

根據Eurocode 3，各疲勞工況下門下角與門立柱焊縫屬于表8.5中的56類，其疲勞極限為56MPa。計算結果如表3所示。該焊縫在垂向疲勞工況時疲勞應力絕對值最大，小于疲勞極限56MPa。應力云圖見圖1-圖2。

3.3一位端端彎梁焊縫

根據Eurocode 3，各疲勞工況下一位端端彎梁焊縫屬于表8.5中的36類，其疲勞極限為36MPa。計算結果如表4所示。該焊縫在橫向疲勞工況時疲勞應力絕對值最大，小于疲勞極限36MPa。應力云圖見圖3、圖4。

3.4枕梁腹板與下蓋板焊縫

根據Eurocode 3，各疲勞工況下枕梁腹板與下蓋板焊縫屬于表8.5中的80類，其疲勞極限為80MPa。計算結果如表5所示。該焊縫在縱向疲勞（中心銷）工況時疲勞應力絕對值最大，小于疲勞極限80MPa。應力云圖見圖5、圖6。

3.5枕梁腹板與筋板焊縫

根據Eurocode 3，各疲勞工況下枕梁腹板與下蓋板焊縫屬于表8.5中的80類，其疲勞極限為80MPa。計算結果如表6所示。該焊縫在縱向疲勞（中心銷）工況時疲勞應力絕對值最大，小于疲勞極限80MPa。應力云圖見圖5、圖6。

4結論

利用有限元方法求解各疲勞工況下不銹鋼地鐵車體結構的疲勞強度，幾處危險焊縫的疲勞應力均小于其對應的疲勞極限，因此該車體結構滿足2×106循環(huán)周次疲勞壽命的要求。

參考文獻

[1]王小杰，李輝光，梁距星.B型不銹鋼地鐵車體結構設計及強度分析[J].科技資訊，2014，（9）：7679.

[2]宋業(yè)恒.芻議不銹鋼車體結構設計以及仿真分析[J].山東工業(yè)技術，2015，（4）：45.

[3]許嬌，田愛琴，張文彬等.全自動駕駛地鐵不銹鋼車體靜強度和模態(tài)分析[J].大連交通大學學報，2017，38（2）：3436.