中车唐山机车车辆有限公司，河北 唐山 063035
摘要：针对B型地铁车体结构强度问题，以某地铁车辆为载体，采用有限元方法，参考技术规范和EN 12663标准，考虑车体压缩载荷、垂向载荷、抬车载荷等主要载荷工况，分析车体结构刚度、静强度和疲劳强度等关键性能指标，评估车体结构的刚度和强度性能，为B型地铁车体结构设计提供理论依据和技术支撑。
关键词：B型地铁；刚度；静强度；疲劳强度
1、引言
随着城市化进程的加快,城市人口密度迅速增长, 城市出行交通压力巨大，B型地铁因舒适、环保、便捷而成为各大中型城市公共交通体系的重要组成部分。
本论文以某B型地铁车辆为例，采用有限元方法，参照技术规范和EN 12663标准，对车体结构刚度、静强度和疲劳强度进行分析，评估车体结构的安全性，为车体结构设计提供理论依据。
2、有限元模型
车体结构采用中空铝型材结构焊接而成，主要包括底架、侧墙、车顶、端墙和司机室结构。利用HyperMesh软件进行模型前处理，采用板壳单元进行模型简化，车体有限元模型单元总数为 596549，节点总数为 703839。有限元模型如图2-1所示。
图 2-1 车体结构有限元模型
3、计算工况
参照车辆设计规范和EN 12663标准，确定计算工况，主要静强度计算工况如表3-1所示。车体疲劳强度工况为纵向±0.15g，横向±0.15g和垂向（1±0.15g）。
表3-1 车体静强度计算工况
工况 | 工况描述 | 工况 | 工况描述 |
LC01 | 整车整备与最大超员载荷合成 | LC05 | 端墙上边梁位置150kN压缩工况 |
LC02 | 800kN压缩与最大超员载荷合成 | LC06 | 端墙窗下沿位置300kN压缩工况 |
LC03 | 640kN拉伸与最大超员载荷合成 | LC07 | 三点支撑工况 |
LC04 | 最大运营载荷工况（1.3AW3) | LC08 | 转向架连接处5g纵向冲击工况 |
4、计算结果分析
4.1、车体刚度
整车整备与最大超员载荷工况下，底架边梁型材下面最大垂向位移为10.7mm，如图4-1所示，小于车辆定距12600mm的1‰(12.60mm)，车体刚度满足设计要求。
图 4-1 车体结构变形图
4.2、静强度
在表3-1载荷工况下，车体结构的高应力区域主要分布在牵枕缓结构、门角和窗角等部位，最大应力180MPa，小于6005A-T6材料的屈服强度215MPa，结构强度满足标准要求。
图 4-1 静强度工况应力云图
4.3、疲劳强度
参照DVS1608标准，根据焊接接头形式和载荷方向确定不同接头的疲劳强度许用值。将疲劳计算应力进行坐标变换至接头局部坐标系，计算焊缝接头的利用率。经过计算,车体结构的最大材料利用率为0.72，疲劳强度满足标准要求。
5、结论
通过对某B型地铁车辆进行计算分析和评估可知，车体结构边梁最大变形量为10.7mm，满足刚度要求。静强度工况下的最大应力为180MPa，小于材料屈服强度215MPa。疲劳强度工况下的最大材料利用率为0.72，小于利用率1，车体结构刚度、静强度和疲劳强度性能满足标准要求。
参 考 文 献
[1]EN 12663-2015.轨道车辆车体结构要求[S].
[2]DVS 1608-2011.轨道车辆铝合金焊接结构设计及强度评估[S].
作者简介：李欣伟（1982-），男，硕士研究生，高级工程师，从事轨道车辆结构有限元分析。
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