曹海蘭 張碩

摘要：為考察HXD2B通風(fēng)機(jī)的強(qiáng)度和振動(dòng)是否符合使用要求，運(yùn)用Catia軟件建立了通風(fēng)機(jī)整機(jī)的三維實(shí)體模型，導(dǎo)入ANSYS Workbench軟件中，通過國(guó)際電工委員會(huì)IEC 61373—2010規(guī)定的沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)其實(shí)際應(yīng)力狀況進(jìn)行了隨機(jī)振動(dòng)和沖擊強(qiáng)度分析計(jì)算，得到通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)橫向、縱向、垂向沖擊應(yīng)力圖，其最大應(yīng)力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電機(jī)材料的屈服強(qiáng)度，不發(fā)生塑性變形，通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)滿足沖擊振動(dòng)強(qiáng)度要求。

關(guān)鍵詞：激勵(lì)載荷;激勵(lì)工況;沖擊振動(dòng)強(qiáng)度

0 ? ?引言

機(jī)車運(yùn)行速度的不斷提升，對(duì)機(jī)車的關(guān)鍵組成部分（通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)）的動(dòng)強(qiáng)度提出了更高的要求。為了使機(jī)車能夠安全快速運(yùn)行，必須保證通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)在沖擊振動(dòng)隨機(jī)載荷作用下的動(dòng)強(qiáng)度滿足要求，不發(fā)生塑性變形。因此，對(duì)通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊振動(dòng)分析非常必要[1]。

1 ? ?沖擊振動(dòng)強(qiáng)度理論分析

沖擊試驗(yàn)?zāi)康氖悄M使用過程中的偶然情況，對(duì)被試設(shè)備施加一系列持續(xù)時(shí)間為D、峰值為A的單個(gè)半正弦脈沖加速度（圖1），施加的加速度載荷量級(jí)很高，可以驗(yàn)證被試設(shè)備是否滿足極限工況的要求[2]。為了使被試設(shè)備從共振效應(yīng)中恢復(fù)，2次沖擊之間應(yīng)相隔足夠長(zhǎng)的時(shí)間。應(yīng)對(duì)被試設(shè)備施加18次沖擊（3個(gè)正交平面上正向和反向各3次）。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了1類A級(jí)車體安裝設(shè)備的垂向、橫向和縱向沖擊加速度幅值A(chǔ)分別為30、40、50 m/s2，標(biāo)稱持續(xù)時(shí)間D均為30 ms。取圖1中積分時(shí)間1.5D進(jìn)行計(jì)算，總仿真時(shí)間為30 ms，時(shí)間步長(zhǎng)取5×10-4 s。由于通風(fēng)機(jī)在橫向和縱向是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可對(duì)這兩個(gè)方向僅施加正向沖擊，而對(duì)垂向分別施加正向和反向沖擊。

圖2是對(duì)通風(fēng)機(jī)各方向施加沖擊時(shí)最大應(yīng)力的變化曲線，可以看出，由于慣性力和阻尼作用的影響，雖然4個(gè)方向的沖擊都是在15 ms時(shí)達(dá)到最大加速度，但最大應(yīng)力值并不是一定出現(xiàn)在15 ms時(shí)。

2 ? ?有限元數(shù)值仿真分析

圖3是橫向正向沖擊應(yīng)力值最大時(shí)刻（t=15.5 ms）的受力情況，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在電機(jī)前蓋上，最大應(yīng)力值為19.43 MPa。圖4是縱向正向沖擊應(yīng)力值最大時(shí)刻（t=17.5 ms）的受力情況，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在電機(jī)前蓋上，最大應(yīng)力值為24.907 MPa。圖5（a）是垂向正向沖擊應(yīng)力值最大時(shí)刻（t=13.5 ms）的受力情況，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在補(bǔ)強(qiáng)筋上與進(jìn)風(fēng)口連接的位置，最大應(yīng)力值為9.683 3 MPa。圖5（b）是垂向反向沖擊應(yīng)力值最大時(shí)刻（t=15 ms）的受力情況，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在補(bǔ)強(qiáng)筋上與進(jìn)風(fēng)口連接的位置，最大應(yīng)力值為17.383 MPa?？梢姡@些最大應(yīng)力均位于電機(jī)安裝盤的加強(qiáng)筋板尖端位置上，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電機(jī)材料的屈服強(qiáng)度，不發(fā)生塑性變形，故風(fēng)機(jī)滿足沖擊振動(dòng)強(qiáng)度要求。

3 ? ?結(jié)論

（1）根據(jù)IEC 61373—2010[3]規(guī)定的A級(jí)沖擊和振動(dòng)載荷，采取時(shí)域動(dòng)力學(xué)方程求解，由沖擊響應(yīng)分析結(jié)果得知：在垂向沖擊載荷作用下，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值為17.383 MPa，在橫向沖擊載荷作用下，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值為19.43 MPa，在縱向沖擊載荷作用下，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值為24.907 MPa，遠(yuǎn)小于材料屈服應(yīng)力，滿足強(qiáng)度要求;

（2）采用三維軟件進(jìn)行建模，利用有限元進(jìn)行通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的沖擊振動(dòng)強(qiáng)度分析，得到結(jié)構(gòu)在隨機(jī)載荷下的應(yīng)力響應(yīng)，為通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的沖擊振動(dòng)強(qiáng)度分析提供了工程實(shí)用方法。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 李曉峰，楊波，顏楷晨.動(dòng)車組吊裝設(shè)備隨機(jī)載荷下振動(dòng)疲勞壽命分析[J].鐵道機(jī)車與動(dòng)車，2019（12）：22-25.

[2] 李成輝.振動(dòng)理論與分析基礎(chǔ)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2015.

[3] Railway applications-Roll-

ing stock equipment-Shock and vibration tests：IEC 61373—2010[S].

收稿日期：2020-07-13

作者簡(jiǎn)介：曹海蘭（1988—），女，陜西商洛人，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。