劉敬剛，劉曉峰，杜　濤南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東青島　266111

車鉤鉤舌數(shù)值仿真分析

劉敬剛，劉曉峰，杜濤
南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東青島266111

為了驗(yàn)證某型車鉤鉤舌的運(yùn)用可靠性，校核車鉤鉤舌的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，運(yùn)用NX I-DEAS三維軟件創(chuàng)建車鉤鉤舌實(shí)體模型，運(yùn)用Hypermesh軟件劃分實(shí)體網(wǎng)格單元，運(yùn)用ANSYS仿真軟件的彈塑性分析模塊對(duì)鉤舌進(jìn)行數(shù)值模擬分析，計(jì)算結(jié)果表明，車鉤鉤舌的Von Mises應(yīng)力等效應(yīng)力小于C級(jí)鋼材料的屈服極限，滿足TB/T1335-1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》及該車設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求。

車鉤鉤舌；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；C級(jí)鋼；屈服極限

如今隨著我國鐵軌運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，我國鐵軌運(yùn)輸列車運(yùn)行速度不斷提高，運(yùn)行的距離也越來越遠(yuǎn)。運(yùn)輸行業(yè)列車和貨車的總重不斷增加，建筑行業(yè)吊車連掛速度不斷提高，從而使得作用于各種各樣車的車鉤上的縱向力大大增加。因此，為了更好地防止鐵路貨運(yùn)和客運(yùn)事故的發(fā)生，更好地由于車鉤疲勞斷裂而造成的鐵路客運(yùn)和貨運(yùn)以及建筑行業(yè)吊車分高事故的頻繁發(fā)生，不斷改進(jìn)車鉤鉤舌數(shù)值仿真技術(shù)顯得尤為重要。從而充分利用車鉤的鉤舌在緩沖裝置中大型機(jī)車與其作工車輛之間、鐵路客運(yùn)或貨運(yùn)車廂與車廂之間的連掛牽引力，充分利用它們之間在運(yùn)行或運(yùn)作過程所產(chǎn)生的傳遞牽引力，減少或緩解它們之間產(chǎn)生的強(qiáng)大的沖擊力，從而使得車廂與車廂之間保持一定的安全距離，減少安全事故的發(fā)展。同時(shí)車鉤作為我國鐵路運(yùn)輸行業(yè)當(dāng)中用于連接鐵路機(jī)車車輛廂體的關(guān)鍵部件，對(duì)于我國鐵路客車或貨車運(yùn)行安全至關(guān)重要，更是影響到我國鐵路運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為此，本文以某型車鉤鉤舌為研究對(duì)象，對(duì)車鉤鉤舌的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)值仿真，以驗(yàn)證機(jī)車車輛車鉤鉤舌的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

1　不斷改進(jìn)車鉤鉤舌數(shù)值仿真技術(shù)的相關(guān)措施

1.1技術(shù)人員要熟知有關(guān)車鉤鉤舌數(shù)值仿真分析的基本算法原理

為了不斷改進(jìn)車鉤鉤舌數(shù)值仿真技術(shù)，相關(guān)的技術(shù)人員要熟知有關(guān)車鉤鉤舌數(shù)值仿真技術(shù)的基本算法原理，比如有限元靜強(qiáng)度分析的基本算法原理。相關(guān)的技術(shù)人員必須對(duì)車鉤鉤舌的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度做好彈塑性分析計(jì)算，要針對(duì)具體情況采取不同的分析計(jì)算方法。比如對(duì)于車鉤鉤舌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已經(jīng)給定的應(yīng)變?cè)隽亢褪噶?，技術(shù)人員首先要做到假設(shè)這些已經(jīng)給定的量都是彈性應(yīng)變?cè)隽?，然后?yīng)用彈性應(yīng)變?cè)隽繉?duì)應(yīng)的計(jì)算原理計(jì)算出其所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力增量。但技術(shù)人員要注意的是在再次檢查的時(shí)候不能違了屈服準(zhǔn)則，要始終保證結(jié)構(gòu)的應(yīng)力在屈服面之中和在屈服面上，從而保證其正常的運(yùn)作。但技術(shù)人員要注意做好增量開始時(shí)與結(jié)束時(shí)應(yīng)力的變化情況和性質(zhì)情況，從而更好地確定其增量中的彈性和彈塑性的成分。除此以外，技術(shù)人員還應(yīng)該熟知算彈塑性本構(gòu)關(guān)系、塑性應(yīng)變?cè)隽俊⒏聭?yīng)力和應(yīng)變以及應(yīng)力增量等結(jié)構(gòu)受力情況的基本計(jì)算原理，并在此基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)車鉤鉤舌受力分析。

1.2技術(shù)人員要注重對(duì)車鉤鉤舌有限元模型的建模工作

為了做好車鉤鉤舌有限元模型的建模工作，技術(shù)人員可以借鑒美國EDS公司的I-DEAS MasterSeries軟件系統(tǒng)，該軟件系統(tǒng)具有功能強(qiáng)大的幾何造型功能，相對(duì)于以前比較落后的技術(shù)而言，這個(gè)建模效率相對(duì)是比較高的。技術(shù)人員可以借鑒這種比較先進(jìn)的三維實(shí)體造型功能，同時(shí)可以借助其NX I-DEAS創(chuàng)建鉤舌實(shí)體模型圖，這樣比較技術(shù)相對(duì)比較先進(jìn)，安全性比較高，而且經(jīng)濟(jì)成本也比較低。但技術(shù)人員在構(gòu)建這種車鉤鉤舌模型的時(shí)候，一定不能因?yàn)槭r(shí)省工而忽略車鉤鉤舌中比較小的圓角和倒角結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，從而影響整個(gè)車鉤鉤舌的性能。

1.3技術(shù)人員要注重材料屬性及評(píng)定準(zhǔn)則

車鉤鉤舌采用材料為TB/T2942-1999之C級(jí)鑄鋼，材料的屈服極限為：σs≥415MPa，材料的彈性模量E取值為210 000MPa，泊松比μ取為0.3。并且依據(jù)TB/ T1335-1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》規(guī)定，各載荷工況下，其應(yīng)力值（Von Mises應(yīng)力）不應(yīng)超過材料的屈服極限。

1.4技術(shù)人員要注重計(jì)算載荷和約束條件

為了不斷改進(jìn)車鉤鉤舌數(shù)值仿真技術(shù)，相關(guān)的技術(shù)人員要注重計(jì)算載荷和約束條件，分析并計(jì)算好車鉤鉤舌牽引和壓縮載荷數(shù)值。以此更好地保證車鉤鉤舌在受到拉力的時(shí)候，可以保證使其鉤舌牽引凸緣承受大部

C級(jí)鋼的力學(xué)性能

分的拉力，護(hù)銷凸緣和鉤舌銷做好不要不受力。注重在磨合時(shí)期盡量保證車鉤鉤舌的后護(hù)銷凸緣和鉤舌銷承受少量的橫向力，但不同部位群毆壓力作用方向自然是法向。控制好車鉤鉤舌承受牽引載荷作用的范圍，這種有兩種情況。一種是技術(shù)人員將牽引力大小一般控制為1 225kN左右，其方向?yàn)橹赶蜚^舌外部平行于鉤舌的縱向中心線方向。另外一種是技術(shù)人員將車鉤鉤舌壓縮載荷大小控制在1 400kN左右，其方向?yàn)橹赶蜚^舌內(nèi)部平行于鉤舌縱向中心線的方向。

1.5技術(shù)人員要做好計(jì)算結(jié)果的分析工作

要不斷改進(jìn)車鉤鉤舌數(shù)值仿真技術(shù)，相關(guān)的技術(shù)人員要做好計(jì)算結(jié)果的分析工作，可以在車鉤鉤舌承受牽引載荷作用下，控制好鉤舌的Von Mises的應(yīng)力，可以將其最大Von Mises應(yīng)力控制在389MPa左右，位于鉤舌內(nèi)側(cè)圓弧表面，小于C級(jí)鋼材料的屈服極限415MPa，安全系數(shù)為0.94。并將車鉤鉤舌的剪切應(yīng)力控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，最大剪切應(yīng)力可以控制在340MPa左右，位于鉤舌內(nèi)腕面中間部分，小于C級(jí)鋼材料的屈服極限415MPa，安全系數(shù)為0.82。在車鉤鉤舌承受壓縮載荷作用下，技術(shù)人員可以將車鉤鉤舌最大等效應(yīng)力控制在在鉤舌的內(nèi)腕面兩端以及其沖動(dòng)臺(tái)曲面上，并將最大壓縮Von Mises應(yīng)力控制在為400MPa左右，小于C級(jí)鋼材料的屈服極限415MPa，安全系數(shù)為0.96。

2　結(jié)論

不斷改進(jìn)車鉤鉤舌數(shù)值仿真技術(shù)，可以使得車鉤在承受牽引載荷和壓縮載荷作用下，車鉤鉤舌的最大Von Mises應(yīng)力均小于C級(jí)鋼材料的屈服極限，滿足TB/ T1335-1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》及該車設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，更好地促進(jìn)我國鐵路運(yùn)輸業(yè)又好又快的發(fā)展。

［1］宋忠明.車鉤的材質(zhì)與強(qiáng)度［J］.鐵道學(xué)報(bào)，1985，7（4）：11-12.

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1674-6708（2015）152-0072-01