城市轨道车辆不锈钢车体结构优化研究
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摘要
不锈钢材料由于具有高强度、耐腐蚀的特点,早在二十世纪中期就被应用于铁路车辆制造中。近年来,随着材料技术和焊接工艺的快速发展,不锈钢车体已广泛应用于城市轨道交通行业,并带来了良好的社会经济效益。随着新的不锈钢系列产品应用于车体结构,焊接工艺必须由电弧焊改为电阻点焊,结构设计也需要随之改变。
为了提高城市轨道车辆不锈钢车体的商品化程度,本文按照模块化、轻量化的设计理念,以保证车体强度、刚度为出发点,对不锈钢车体结构进行了优化设计；针对不锈钢车体侧墙与车顶薄板结构的双层板或多层板点焊结构,采用适合这种点焊结构的单元类型和网格模型建立了不锈钢车体的仿真模型；按照EN12663标准确定各计算载荷与工况进行了车体的强度、刚度计算,得出的不锈钢车体最大等效应力和位移值均与相应工况的试验结果比较吻合,验证了建立的仿真模型适用于对点焊结构不锈钢车体的仿真分析；对不锈钢车体进行疲劳强度仿真分析,结果表明,疲劳强度满足EN12663的有关规定。
这些研究工作充分反映,本文对城轨不锈钢车体结构实施的优化设计是可行的,提升了不锈钢车体的设计制造水平和商品化程度。
Stainless-steel materials because of high strength and corrosion resistance, early in the middle of the twentieth century is applied in urban rail vehicles. In recent years, with rapid development of the material technique and welding process, stainless steel carbody has been widely applied in urban rail vehicles in transit industry, and bring good economic and social benefits. With the new stainless steel series products used in the hull structure, the welding process must be changed from arc welding to electric resistance spot welding structure, design also needs to be changed.
In order to improve the commercialization of the urban rail vehicles, stainless steel body has been optimized according to design concept of lightweight and modularization to ensure its strength, stiffness. According to EN 12663 standards, the article established the stainless steel carbody simulation model, determined the load and load case, calculated the stress and strain of the carbody, got the maximum equivalent stress and displacement. Though the compare between the results of simulation and test results, it proved that the simulation model with spotweld element suitable for the stainless steel carbody simulation.The results showed that the fatigue strength of stainless steel body with the simulation analysis satisfy the relevant regulations of EN 12663.
These researches fully reflect the stainless steel carbody optimization design of implementation is feasible, and have promoted the level of the design and manufacture of stainless steel carbody and commercialization process.
为了提高城市轨道车辆不锈钢车体的商品化程度,本文按照模块化、轻量化的设计理念,以保证车体强度、刚度为出发点,对不锈钢车体结构进行了优化设计；针对不锈钢车体侧墙与车顶薄板结构的双层板或多层板点焊结构,采用适合这种点焊结构的单元类型和网格模型建立了不锈钢车体的仿真模型；按照EN12663标准确定各计算载荷与工况进行了车体的强度、刚度计算,得出的不锈钢车体最大等效应力和位移值均与相应工况的试验结果比较吻合,验证了建立的仿真模型适用于对点焊结构不锈钢车体的仿真分析；对不锈钢车体进行疲劳强度仿真分析,结果表明,疲劳强度满足EN12663的有关规定。
这些研究工作充分反映,本文对城轨不锈钢车体结构实施的优化设计是可行的,提升了不锈钢车体的设计制造水平和商品化程度。
Stainless-steel materials because of high strength and corrosion resistance, early in the middle of the twentieth century is applied in urban rail vehicles. In recent years, with rapid development of the material technique and welding process, stainless steel carbody has been widely applied in urban rail vehicles in transit industry, and bring good economic and social benefits. With the new stainless steel series products used in the hull structure, the welding process must be changed from arc welding to electric resistance spot welding structure, design also needs to be changed.
In order to improve the commercialization of the urban rail vehicles, stainless steel body has been optimized according to design concept of lightweight and modularization to ensure its strength, stiffness. According to EN 12663 standards, the article established the stainless steel carbody simulation model, determined the load and load case, calculated the stress and strain of the carbody, got the maximum equivalent stress and displacement. Though the compare between the results of simulation and test results, it proved that the simulation model with spotweld element suitable for the stainless steel carbody simulation.The results showed that the fatigue strength of stainless steel body with the simulation analysis satisfy the relevant regulations of EN 12663.
These researches fully reflect the stainless steel carbody optimization design of implementation is feasible, and have promoted the level of the design and manufacture of stainless steel carbody and commercialization process.
引文
[1]赵明花,刘玉民.城市轨道车辆不锈钢车体的研发[J].城市轨道交通研究,2004(1)：76-78
[2]赵少汴 王忠保 编著.抗疲劳设计——方法与数据[M].机械工业出版社1997.
[3]丁科,陈月顺.有限单元法[M].北京：北京大学出版社,2006
[4]黄国权.有限元法基础及ANSYS应用[M].北京：机械工业出版社,2004
[5]蒋孝煜.有限元法基础[M].北京：清华大学出版社,1992
[6]王助成,邵敏.有限元法基本原理和数值方法[M].北京：清华大学出版社,2000.
[7]袁驷,崔京浩.有限元法与板壳分析[M].北京：清华大学出版社,2006
[8]黄克智,陆明万,薛明德.弹性薄壳理论[M].北京：高等教育出版社,1988
[9]黄义.弹性力学基础及有限单元法[M].北京：冶金工业出版社.1986
[10]杜平安,有限元网格划分的基本原则[J].辽宁：机械设计与制造.2000,NoA,34-36
[11]于开平,周传月,谭惠丰等编.Hypermesh从入门到精通[M].北京：科学出版社.2005
[12]欧洲标准BS EN 12663:2000铁道应用——轨道车身的结构要求[M].欧洲标准化委员会中央秘书处.2000
[13]日本钢结构协会编著.钢结构的疲劳设计说明.技报堂出版1993.
[14]欧洲标准.BS 7608:1993 Fatigue design and assessment of steel structures[M].欧洲标准化委员会中央秘书处.1993
[15]薛克仲.城市轨道车辆车体材料选择[J].城市轨道交通研究,2003(2)：14-18
[16]严隽耄.车辆工程[M].北京：中国铁道出版社.2004
[17]许本文,焦群英.机械振动与模态分析[M].北京：机械工业出版社.1998
[18]姚曙光,徐平.轻型不锈钢车体结构研究[J].城市轨道交通研究,2003(2)：82-84
[19]陈锋,徐国梁.地铁不锈钢车体研究[J].铁道车辆,2007(3)：28-30
[20]青岛四方车辆研究所有限公司.沈阳地铁二号线一期工程TC车车体静强度试验报告[M].2009
[21]青岛四方车辆研究所有限公司.沈阳地铁二号线一期工程MP车车体静强度试验报告[M].2009
[22]青岛四方车辆研究所有限公司.成都地铁一号线一期工程MP车车体静强度试验报告[M].2009
[23]青岛四方车辆研究所有限公司.成都地铁一号线一期工程TC车车体静强度试验报告[M].2009
[24]中国北车集团四方车辆研究所.北京地铁四号线M车车体静强度试验报告[M].2007
[25]中国北车集团四方车辆研究所.北京地铁四号线TC车车体静强度试验报告[M].2007
[26]中国北车集团四方车辆研究所.一北京地铁一号线M车车体静强度试验报告[M].2007
[27]中国.青岛.北京八通线T车不锈钢车体静强度试验报告[M].2004
[2]赵少汴 王忠保 编著.抗疲劳设计——方法与数据[M].机械工业出版社1997.
[3]丁科,陈月顺.有限单元法[M].北京：北京大学出版社,2006
[4]黄国权.有限元法基础及ANSYS应用[M].北京：机械工业出版社,2004
[5]蒋孝煜.有限元法基础[M].北京：清华大学出版社,1992
[6]王助成,邵敏.有限元法基本原理和数值方法[M].北京：清华大学出版社,2000.
[7]袁驷,崔京浩.有限元法与板壳分析[M].北京：清华大学出版社,2006
[8]黄克智,陆明万,薛明德.弹性薄壳理论[M].北京：高等教育出版社,1988
[9]黄义.弹性力学基础及有限单元法[M].北京：冶金工业出版社.1986
[10]杜平安,有限元网格划分的基本原则[J].辽宁：机械设计与制造.2000,NoA,34-36
[11]于开平,周传月,谭惠丰等编.Hypermesh从入门到精通[M].北京：科学出版社.2005
[12]欧洲标准BS EN 12663:2000铁道应用——轨道车身的结构要求[M].欧洲标准化委员会中央秘书处.2000
[13]日本钢结构协会编著.钢结构的疲劳设计说明.技报堂出版1993.
[14]欧洲标准.BS 7608:1993 Fatigue design and assessment of steel structures[M].欧洲标准化委员会中央秘书处.1993
[15]薛克仲.城市轨道车辆车体材料选择[J].城市轨道交通研究,2003(2)：14-18
[16]严隽耄.车辆工程[M].北京：中国铁道出版社.2004
[17]许本文,焦群英.机械振动与模态分析[M].北京：机械工业出版社.1998
[18]姚曙光,徐平.轻型不锈钢车体结构研究[J].城市轨道交通研究,2003(2)：82-84
[19]陈锋,徐国梁.地铁不锈钢车体研究[J].铁道车辆,2007(3)：28-30
[20]青岛四方车辆研究所有限公司.沈阳地铁二号线一期工程TC车车体静强度试验报告[M].2009
[21]青岛四方车辆研究所有限公司.沈阳地铁二号线一期工程MP车车体静强度试验报告[M].2009
[22]青岛四方车辆研究所有限公司.成都地铁一号线一期工程MP车车体静强度试验报告[M].2009
[23]青岛四方车辆研究所有限公司.成都地铁一号线一期工程TC车车体静强度试验报告[M].2009
[24]中国北车集团四方车辆研究所.北京地铁四号线M车车体静强度试验报告[M].2007
[25]中国北车集团四方车辆研究所.北京地铁四号线TC车车体静强度试验报告[M].2007
[26]中国北车集团四方车辆研究所.一北京地铁一号线M车车体静强度试验报告[M].2007
[27]中国.青岛.北京八通线T车不锈钢车体静强度试验报告[M].2004