普速铁路旅游卧铺车整车静强度仿真计算分析

普速铁路旅游卧铺车整车静强度仿真计算分析

石闯  丛阳  徐小龙 

（长春中车轨道车辆有限公司，吉林 长春 130052）

摘要：近年来随着铁路旅游业务的快速发展，铁路系统各路局提高了旅游车的使用需求，国铁集团为进一步规范旅游车改造工作，研究确定了相关管理要求并制定了改造技术方案，明确了改造车源及相关改造标准，提出须对旅游卧铺车车体静强度进行校核，且旅游卧铺车平面布局较其他普通旅客列车区别较大，综上所述对其通过CAXA实体设计、ANSYS、HyperWorks等CAD、CAE软件进行整车静强度仿真计算分析及安全性验证显得尤为重要。

关键词：铁路客车；旅游卧铺车；静强度；仿真计算分析；

1引言

有限元法是当今工程分析中应用最为广泛的数值计算方法之一，计算机辅助工程(CAE)已成为产品设计过程中相当重要的一环。CAE是利用计算机仿真和理论分析手段，对产品的性能和参数进行评估和优化的技术，是支持产品正向设计和创新的重要工具和手段。

本文有限元仿真计算分析主要流程为：仿真分析任务书等前提条件确定→CAD设计(三维实体模型建立)→HyperMesh（前处理）→ANSYS（求解）→HyperView（后处理）等。

2概述

根据项目仿真分析任务书要求，作为车辆设计的一部分，需按照TB/T 1335-1996 《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》、TB/T 3550.1-2019《机车车辆强度设计及试验鉴定规范车体 第1部分：客车车体》要求对车体静强度、刚度进行校核，为车体结构方案设计提供优化建议并分析其强度、刚度等是否满足标准要求。

3分析对象

六包旅游卧铺车最高运行速度为120km/h，车辆定距18000mm，车辆高度4433mm，车钩高度880mm，底架宽度3100mm，车辆轴重14616kg，单个转向架重量7170kg，定员18人，车体AW0重量（不包括转向架质量）42416.5kg，车体AW3重量（不包括转向架质量）44126.5kg，底架悬挂设备的总质量3458kg。

4计算模型

4.1几何模型

整车车身材质多由耐候钢、碳钢组成，采用薄壁筒型结构弧焊焊接而成（本模型以无中梁最不利的结构情况为例），整体分为侧墙、底架、车顶及端墙钢结构等几大部件，结构如图1所示。

图1 六包旅游卧铺车车体钢结构三维模型

4.2有限元模型

有限元建模过程中对非承载构件和附属构件适当简化。采用HyperMesh软件进行网格划分，整车结构离散为薄壳单元，对重要部位进行局部细划。整车共划分787232个节点，938303个单元，整车有限元网格模型如图2所示。

图2 六包旅游卧铺车整车有限元网格模型

5分析工况

依据标准要求对车体刚度及强度进行分析，分别计算车辆AW3与AW0状态下底架边梁的垂向最大位移变形量并对车体静载荷分析计算，给出车体重要部件及焊接结构的强度分析及评估。共进行6种工况分析，具体如表一所示，主体主要约束部位如图3所示。

表一 工况汇总

图3 车体主要约束部位

6分析结果

6.1车体钢结构应力评价标准

车体钢结构应力计算结果的评价指标，根据TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》、TB/T 3550.1-2019 《机车车辆强度设计及试验鉴定规范车体 第1部分：客车车体》有关的材料特性数据确定。计算结果中列出的应力是VonMises等效应力，即第三强度理论的等效应力，是按上述标准要求的几种载荷工况下，各构件的最大应力及其最不利组合的应力，计算结果满足标准要求，整车应力云图如图4所示。

图4 整车应力云图

6.2车体结构刚度评价标准

根据标准规定整体承载的车体：

推荐标准    （相当弯曲刚度）不小于1.80X109N·m

把垂直静载下侧梁中央挠度值2.678mm代入上述公式得       =6.86X109N·m²大于1.80X109N·m，满足要求。

7结论

按照TB/T 1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》、TB/T 3550.1-2019《机车车辆强度设计及试验鉴定规范车体 第1部分：客车车体》，对本项目车体进行了基于有限元方法的静强度、刚度分析，据计算结果可以得到如下结论:

车体垂向最大位移2.678mm，车体垂向相当弯曲刚度满足设计要求，放大100倍的车体边梁垂向位移云图如图5所示。

图5 车体边梁垂向位移云图

其余各工况及组合工况下，各材质的车体最大应力发生部位主要集中在侧门角等处，其最大VonMises等效应力均小于对应等级的许用应力，满足设计要求（部分应力云图如图4、6所示）。

图6 枕梁应力云图

参考文献

[1] 冯遵委，基于HyperWorks的PW80E-IV型转向架动车构架静强度和疲劳强度计算与分析，铁道车辆，2013.

[2] 赵红伟，铁路客车车体疲劳强度仿真研究，铁道车辆，2021.

[3]杜平安,有限元网格划分基本原则[J],机械设计与制造，2000.