纵向力对货车车体结构的影响分析

纵向力对货车车体结构的影响分析（精选2篇）

纵向力对货车车体结构的影响分析 篇1

纵向力对货车车体结构的影响分析

利用I-DEAS软件建立了敞车C80B型的整车有限元模型,探讨了纵向力对车体结构的影响.

作 者：陈欢 Chen Huan 作者单位：大连交通大学,辽宁,大连,116028刊 名：铁道机车车辆工人英文刊名：RAILWAY LOCOMOTIVE & ROLLING STOCK WORKERS年，卷(期)：“”(1)分类号：U270.1+1关键词：货车 车体结构 纵向力 影响

纵向力对货车车体结构的影响分析 篇2

1 有限元模型及边界条件的建立

由于C80B型车体结构完全对称, 因此可以建立1/4几何模型。车体底架、侧墙、端墙等结构均使用薄壳单元来模拟, 因此在建立车体几何模型时, 抽取车体各板的中面, 然后划分有限元网格, 由于载荷并不对称因此仍需要整车的有限元模型进行计算。整车共划分了75915个单元, 82284个节点。

由于要考察在静态纵向力和动态纵向力作用下车体的应力分布情况, 对二者进行比较分析, 因此对于静态计算工况仅选取了两个静态值:根据对大秦线重载列车的纵向力的规定, 纵向拉伸为2 250 kN, 压缩为2 500 kN。考虑到分析车体的动态响应, 在进行静力分析时约束与动态分析保持一致, 即在心盘面上施加垂向和横向弹簧约束, 弹簧刚度参考与其匹配的转向架弹簧刚度;拉伸 (起动) 时在前从板座处施加纵向弹簧约束, 压缩 (制动) 时在后从板座处施加纵向弹簧约束, 弹簧刚度参考缓冲器的弹簧刚度;在进行纵向响应动力学分析时, 其边界条件中的连接自由度集如下:激活纵向位移自由度, 钝化其他所有位移和旋转自由度。

2 静态车钩力与动态车钩力的计算结果

2.1 静态纵向力的计算结果

根据《强度规范》 (参见运装货车[2003]63号文) 中对货车纵向力的表述, 对车体施加纵向拉伸力2 250 kN, 作用在前从板座;纵向压缩力2 500 kN, 作用在后从板座。通过计算, 得出两种工况下车体的应力云图分别如图1和图2所示。

计算结果表明, 当车体受静态纵向拉伸和压缩力作用时, 其最大应力区域均集中在中梁上, 静态车钩力的影响范围为底架的整个地板及中梁。

2.2 动态车钩力对车体的影响

在大秦线西段, 曾进行过万吨级重载列车线路运行试验, 得出了起动过程和紧急制动过程车钩力的变化曲线。图3分别为起动过程和在车速为32.7 km/h紧急制动过程中最大车钩力随时间变化的趋势。由图3 (a) 可见, 起动开始后最大车钩力逐渐增大, 87.5 s后车钩拉伸力最大, 为800kN;由图3 (b) 可见, 紧急制动4.4s后发生最大车钩压缩力, 为1 285 kN。

应用I-DEAS软件中的响应分析求解器来求解车体在这两种激励下的动应力响应, 选择激励类型为瞬态激励, 起动过程加载的纵向瞬态激励如图3 (a) 所示, 其时间步长为12.5 s;紧急制动过程加载的纵向瞬态激励如图3 (b) , 其时间步长为0.1s。将其加载到有限元模型中, 其中起动过程的激励和动力自由度定义在前从板座上, 制动过程的激励和动力自由度定义在后从板座上。

通过计算, 可以得到车体任一节点在任一时刻的动应力响应以及整车的应力分布。图4所示为底架一节点在起动和紧急制动时的动应力响应。由图4可以看出, 起动时间为87.5 s和制动时间为4.4 s时, 车体的动应力达到最大。由于缓冲器的作用, 起动激励停止后应力逐渐减小, 约12 s后应力为0;制动激励停止后约1.2 s应力为0, 说明激励停止后车体由于其自身阻尼的作用存在振动。通过观察发现, 侧墙和端墙的动应力响应趋势与底架相同, 只是数值有差别, 这说明, 某一节点的动应力响应趋势可以代表车体各部位的动应力响应。

图5和图6所示分别为起动时间为87.5 s和制动时间为4.4 s时的车体应力分布图, 在这两个时刻, 车体产生最大应力, 观察其他时刻车体的应力分布, 最大应力部位和动态纵向力影响部位与这两个时刻相同。

比较图5和图6可知, 起动过程中, 最大应力为264 MPa, 发生在枕梁腹板端部;车体局部侧板应力也较大, 为112 MPa;紧急制动情况下最大应力为124 MPa, 发生在枕梁腹板端部;局部侧板也有影响, 为90 MPa。在动态纵向力的作用下, 车体底架的端部至枕内第1根大横梁这段区域影响较大, 而对于底架中间的部位影响很小。与此同时, 动态纵向力对大横梁上方的侧板也有较大影响, 通过观察发现, 侧板在动态拉伸和压缩用下, 横向位移均较大, 说明动态纵向力的作用使其产生了失稳现象, 图7为车体起动过程中发生最大位移时刻的位移云图, 紧急制动时该侧板部位位移也是车体最大位移处。

3 结论

(1) 对于C80B型货车车体, 在静态的拉伸力和压缩力作用下, 车体底架的中梁处应力最大, 影响部位为车体的底架, 对于其上方的结构影响较小。

(2) 车体在起动和紧急制动过程中, 车体各部位的动应力变化趋势与激励力变化趋势相同;枕梁腹板处应力最大, 动态激励对底架的一部分结构产生影响, 即车体底架的端部至枕内的第1根大横梁。