王暉

摘 要：以蓄電池箱安裝梁為仿真研究對象，基于HyperWorks仿真分析，對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行研究，獲得安裝梁在四種運(yùn)行工況下的位移和應(yīng)力分布，并對其進(jìn)行強(qiáng)度評估。結(jié)果表明此結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求，但安全裕量較小。根據(jù)仿真結(jié)果，對高應(yīng)力狀態(tài)區(qū)域提出后續(xù)優(yōu)化方案，從而降低應(yīng)力水平，提高安全裕量，從而確保結(jié)構(gòu)安全服役。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；安裝梁；有限元；靜強(qiáng)度

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.091

1 引言

隨著國家高速鐵路工程的快速發(fā)展，列車運(yùn)行安全備受關(guān)注，研究建立結(jié)構(gòu)體有限元模型，仿真列車運(yùn)行工況，給出關(guān)鍵位置應(yīng)力及位移狀態(tài)，校核結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，將具有重大的戰(zhàn)略意義和實(shí)用價(jià)值。

蓄電池箱安裝件包括蓄電池箱、安裝件、接觸器、特殊螺栓組成等，需要滿足一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保證運(yùn)行過程中的安全。對蓄電池箱安裝件進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析。其工況按照EN12663-1：2010標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行工況設(shè)置和評價(jià)。

2 蓄電池箱安裝件結(jié)構(gòu)

蓄電池箱安裝件：A7N01S-T5，基本力學(xué)特性見表1。

蓄電池箱安裝件長度（縱向X）為880mm，寬度（橫向Y）為950mm，高度（垂直方向Z）為567mm，設(shè)備參數(shù)如表2所示。

選用HyperWorks軟件對蓄電池箱安裝結(jié)構(gòu)的實(shí)體模型進(jìn)行抽取中間，其中主要對安裝吊架進(jìn)行關(guān)注，將各種緊固件、特殊螺栓簡化為集中質(zhì)量。

蓄電池箱安裝件的有限元模型采用PSHELL二維殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，用RIGID單元模擬緊固螺栓。

3 研究依據(jù)EN 12663標(biāo)準(zhǔn)

EN 12663標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的坐標(biāo)系如圖表1所示。X-軸（相當(dāng)于車身縱軸）正方向是運(yùn)動(dòng)方向。Z-軸（相當(dāng)于車身垂直軸）正方向指向朝上。Y-軸（相當(dāng)于車身水平軸）是水平面，完成右手坐標(biāo)系。

本報(bào)告根據(jù)EN 12663標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置加載工況。本報(bào)告設(shè)定設(shè)備靜強(qiáng)度載荷（垂向2g加速度、縱向±3g加速度，橫向±1 g加速度），具體見表4。

4 計(jì)算結(jié)果和分析

由公式（1），求得母材許用應(yīng)力：

四個(gè)靜強(qiáng)度工況中蓄電池箱安裝件最大等效應(yīng)力（von Mises）為240.6MPa，工況為靜強(qiáng)度第3種，出現(xiàn)在安裝件上下兩根口型梁焊接處，見圖4。按照該材料屈服強(qiáng)度245MPa評價(jià)，此結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度，但安全余量較小。

5 結(jié)論

四個(gè)靜強(qiáng)度工況中蓄電池箱安裝件最大等效應(yīng)力（von Mises）為240.6MPa，工況為靜強(qiáng)度第3種，出現(xiàn)在安裝件上下兩根口型梁焊接處。按照該材料屈服強(qiáng)度245MPa評價(jià)，結(jié)果表明此結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度，但安全裕量較小。根據(jù)仿真結(jié)果，后續(xù)口型梁加工時(shí)，可以改變焊接位置或者將焊接工藝改為整體鑄造工藝，從而降低應(yīng)力狀態(tài)，提高安全裕量，從而確保結(jié)構(gòu)安全服役。

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