王云峰+倪青松

摘要：本文根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN12663-1：2010對CRH3型動車組車下設(shè)備安裝部位進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。首先，利用ANSYS軟件建立底架設(shè)備安裝孔處局部模型，通過計(jì)算3個方向安裝孔支反力，得到試驗(yàn)載荷，然后通過靜強(qiáng)度試驗(yàn)對其進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：動車組；ANSYS仿真計(jì)算；靜強(qiáng)度試驗(yàn)；支反力

1引言

近年來，高速軌道交通運(yùn)輸以其運(yùn)載量大、運(yùn)行速度高等特點(diǎn)得到廣泛關(guān)注，動車組相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅猛。動車組車體既是容納乘客載體，又是安裝和連接其他設(shè)備的基礎(chǔ)，是動車組十大關(guān)鍵技術(shù)之一。設(shè)備艙電器設(shè)備主要是由安裝在底架邊梁上的設(shè)備支架支承的，因此，邊梁主要受到來自吊掛設(shè)備3個方向的載荷，垂向承受吊掛設(shè)備的重量及垂向加速度產(chǎn)生的載荷，橫向上受到設(shè)備的離心力，牽引或制動時的加速度會產(chǎn)生縱向載荷。由于動車組運(yùn)行速度高、運(yùn)行線路環(huán)境復(fù)雜，所以底架設(shè)備安裝部位往往需承受多個方向疊加載荷的作用。目前使用軟件對承力部分進(jìn)行的仿真模擬較成熟[1] [2]，但是也有必要對其進(jìn)行靜強(qiáng)度試驗(yàn)，以對連接部位的強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)。

2試驗(yàn)載荷計(jì)算

由于實(shí)際運(yùn)行過程中，設(shè)備安裝部位主要受到縱向載荷和垂向載荷作用，本文以縱向載荷和垂向載荷為例進(jìn)行仿真計(jì)算，利用ANSYS軟件計(jì)算每個關(guān)鍵點(diǎn)的反作用力。根據(jù)CRH3型動車組實(shí)車模型得到12個懸掛點(diǎn)和車下設(shè)備重心的坐標(biāo)見表1，定義X、Y、Z方向分別為縱向、橫向和垂向方向。

2.1三維模型建立

在ANSYS軟件中對懸掛點(diǎn)及車下設(shè)備進(jìn)行三維模型建立，車下建立12個關(guān)鍵點(diǎn)并對關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行定義，創(chuàng)建車下關(guān)鍵點(diǎn)為設(shè)備重心，并沿Z軸方向連接重心坐標(biāo)與車體底架模型。

2.2有限元模型建立

通過ANSYS軟件建立有限元模型，如圖1所示。對有限元模型進(jìn)行仿真計(jì)算，得出關(guān)鍵點(diǎn)在車輛運(yùn)行過程中的作用力，計(jì)算過程如下：

（1）定義網(wǎng)格類型，建立殼單元和梁單元；（2）在ANSYS軟件中分別通過殼單元和梁單元對車體底架和連接梁進(jìn)行網(wǎng)格劃分；（3）對關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行全約束；（4）在重心坐標(biāo)處施加X方向和Z方向作用力；（5）ANSYS計(jì)算得出各關(guān)鍵點(diǎn)在X、Y、Z方向的作用力及彎矩。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，車輛運(yùn)行過程中車下設(shè)備受到的力為垂向力和縱向力的組合：垂向力=車下設(shè)備的質(zhì)量？g；縱向力=車下設(shè)備的質(zhì)量？3g。

2.3 計(jì)算結(jié)果

垂向加速度1g+縱向加速度+3g時，計(jì)算得到的每個關(guān)鍵點(diǎn)的反作用力見表2，計(jì)算云圖如圖2所示。

最大垂向力為33088N，最大縱向力為24000N，最大橫向力為4079N，因此，試驗(yàn)時取垂向33088N+縱向24000N+橫向4079N。

3靜強(qiáng)度試驗(yàn)

對底架邊梁設(shè)備安裝孔進(jìn)行靜強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)前在安裝孔布置測點(diǎn)并粘貼三向應(yīng)變片，使用設(shè)備固結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)工裝進(jìn)行載荷加載，布點(diǎn)位置及試驗(yàn)工裝如圖3所示。施加載荷到達(dá)計(jì)算載荷值時停止，并采集數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果施加載荷：垂向載荷為33088N，縱向載荷為24000N，橫向載荷為4079N。靜強(qiáng)度試驗(yàn)使用應(yīng)變片靈敏系數(shù)為2.22±1%，試驗(yàn)載荷使用5T載荷傳感器測得，使用UCS60A數(shù)據(jù)設(shè)備采集應(yīng)力值及載荷值數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)測得垂向載荷、橫向載荷、縱向載荷三個工況各測點(diǎn)應(yīng)力值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合成得到測點(diǎn)R1應(yīng)力值為9.8MPa，測點(diǎn)R2應(yīng)力值為9.8MPa，測點(diǎn)R3應(yīng)力值為7.2MPa，測點(diǎn)R4應(yīng)力值為5.8MPa。試驗(yàn)車體底架邊梁材料屈服極限為200MPa，試驗(yàn)結(jié)果顯示，使用材料及結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)論

本文利用ANSYS軟件建模計(jì)算了CRH3型動車組運(yùn)行過程中車下設(shè)備受到的縱向載荷和垂向載荷作用時，底架設(shè)備安裝部位受到的載荷值，并將計(jì)算結(jié)果應(yīng)用到設(shè)備固結(jié)靜強(qiáng)度試驗(yàn)中，試驗(yàn)結(jié)果表明底架設(shè)備安裝部位的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉余龍.基于RADIOSS的某地鐵車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度分析[C]，Altair技術(shù)大會論文集，2014.

[2]梁江波.某重型車懸架系統(tǒng)靜強(qiáng)度及疲勞耐久性分析[C]，Altair技術(shù)大會論文集，2013.