常龍　陳安江 李喜成

摘要：文章主要是分析了鋁合金A型地鐵車體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上以A性地鐵車體結(jié)構(gòu)為主要的研究對象，然后應(yīng)用到有限元分析軟件ANSYS對力學(xué)承載特性進(jìn)行了分析，望可以為有關(guān)人員提供到一定的參考和幫助。

關(guān)鍵詞：A型地鐵;車體結(jié)構(gòu);ANSYS;強(qiáng)度

當(dāng)前城市化的發(fā)展進(jìn)程加快和城市人口逐漸增多，城市中人們的出行壓力增大。為此，舒適便捷的城市軌道交通是當(dāng)前大中型城市中公共交通體系中重要的組成部分。鋁合金a型地鐵列車有著空間大、強(qiáng)度高等的優(yōu)勢，在城市軌道交通建設(shè)中占據(jù)很大的比例。

1.鋁合金A型地鐵車體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鋁合金A型地鐵車體采用鼓形整體承載式結(jié)構(gòu)，由大型中空的薄壁鋁合金型材組焊而成，主要分為底架、側(cè)墻、車頂、端墻和司機(jī)室五大模塊，如圖1所示。底架模塊由地板、邊梁、端梁和牽枕緩等零部件組成，為車體絕大部分電氣設(shè)備提供安裝接口。側(cè)墻模塊由一位側(cè)墻和二位側(cè)墻兩部分組成，對稱分布在車體兩側(cè)。車頂模塊采用高低頂結(jié)構(gòu)，由平頂、圓頂和車頂邊梁等零部件組成，平頂結(jié)構(gòu)可為空調(diào)系統(tǒng)提供安裝接口。端墻由端墻板、門立柱和梁等零部件組成，可為貫通道提供安裝接口。司機(jī)室由玻璃鋼外罩和司機(jī)室骨架等零部件組成，采用流線型設(shè)計(jì)，安裝在頭車前端，其端部設(shè)有碰撞吸能區(qū)，在列車發(fā)生碰撞時(shí)此區(qū)域變形，吸收撞擊產(chǎn)生的能量保證乘客的生命安全。鋁合金A型地鐵車體采用輕量化設(shè)計(jì)，有效減輕車體重量的同時(shí)具有很好的隔音隔熱性能，并且能夠承受不同工況下產(chǎn)生的橫向、縱向及垂向載荷。

2.鋁合金B(yǎng)型地鐵車體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鋁合金B(yǎng)型地鐵車體由大型中空鋁合金型材組焊而成，為鼓形整體承載結(jié)構(gòu)，能夠承受垂直、縱向、橫向、扭轉(zhuǎn)等載荷。車體組成采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由底架、側(cè)墻、車頂、端墻及司機(jī)室等模塊組成，各大部位之間通過焊接的方式連接起來，使得車體具有很好的防振、隔音效果。由一、二位端牽枕緩、地板、邊梁、端梁等部件組成。底架的設(shè)計(jì)充分考慮車輛的被動(dòng)安全性能，為提高列車吸收撞擊能量的能力，除加大列車車鉤緩沖系統(tǒng)能量吸收能力外，頭車底架在司機(jī)室前端所對應(yīng)的位置設(shè)有底架前端模塊，并且設(shè)有撞擊能量吸收變形區(qū)。在首尾車司機(jī)室端底架處設(shè)有防爬裝置，防止兩列車發(fā)生沖撞時(shí)產(chǎn)生爬疊。側(cè)墻是由一、二位側(cè)墻構(gòu)成，側(cè)墻帶盲窗。兩側(cè)側(cè)墻對稱排布，每側(cè)側(cè)墻由五塊側(cè)墻模塊組成，每塊側(cè)墻模塊由側(cè)墻型材和門立柱組成。側(cè)墻最寬處為2750mm，在滿足車輛限界同時(shí)最大限度地增大車輛的載客量。門角和窗角為應(yīng)力集中區(qū)，在設(shè)計(jì)時(shí)采用了側(cè)墻板窗口整體加工的方式，窗角處圓滑過渡，在門角區(qū)域采用整體加工圓弧過渡，保證焊縫避開門角應(yīng)力集中區(qū)。車頂主結(jié)構(gòu)由平頂組成、車頂邊梁組成、圓弧頂組成拼焊而成，采用高低頂結(jié)構(gòu)。型材壁厚考慮輕量化的設(shè)計(jì)，并在空調(diào)安裝座的位置加厚，來滿足空調(diào)安裝座的焊接和安裝強(qiáng)度要求。在車頂型材上設(shè)置有沿車長方向上的通長防滑走行立筋，保證車頂設(shè)備維護(hù)時(shí)走行安全。車頂邊梁型材外側(cè)設(shè)置有一體式雨檐，引導(dǎo)積水從車體兩端排水管排出。端墻是由兩根門立柱、一根門上橫梁、端墻板組成。門立柱以及門上橫梁組焊成一個(gè)骨架結(jié)構(gòu)，外側(cè)焊接端墻板。端墻板采用12mm厚的寬幅鋁板材拼焊而成，端墻板外側(cè)輪廓與側(cè)墻外側(cè)輪廓匹配?？紤]平頂排水，在端墻上部設(shè)置排水口。端墻結(jié)構(gòu)能夠滿足貫通道機(jī)構(gòu)安裝的結(jié)構(gòu)要求。司機(jī)室骨架采用鋁型材拼焊形成整體骨架結(jié)構(gòu)，端部設(shè)置周圈彎曲連接梁，此連接梁與車體之間采用螺栓連接。司機(jī)室骨架的下部立柱設(shè)置有連接板，連接板與底架前端直接采用螺栓連接，玻璃鋼外罩通過螺栓固定在司機(jī)室骨架上。

3.鋁合金A型地鐵車體有限元模型

鋁合金A型地鐵車體結(jié)構(gòu)主要采用4節(jié)點(diǎn)等參薄殼單元模擬主體結(jié)構(gòu)，用質(zhì)量單元模擬附加結(jié)構(gòu)的質(zhì)量以及分布位置，并通過RIGID單元或RBE3單元及其相鄰的有限元結(jié)構(gòu)連接，在下門角補(bǔ)強(qiáng)部位等結(jié)構(gòu)采用六面體實(shí)體單元模型[1]。殼單元的尺寸（長度）在大多數(shù)的結(jié)構(gòu)部件中的典型長度約為15-20mm，在細(xì)化區(qū)域則小一些，長度約為4-6mm。本車體有限元模型單元總數(shù)為3843409，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為3260943。

4.缺陷長度變化對漏磁場的影響

利用ANSYS有限元分析軟件的后處理器來定義路徑，提取規(guī)定路徑上的磁場分布情況，改變?nèi)毕蓍L度來分析其對磁感應(yīng)強(qiáng)度的空間漏磁場分布的影響，由于周向分量始終沒有明顯變化，所以我們提取路徑上獲得缺陷磁場磁通量密度的徑向和軸向分量。設(shè)定缺陷長度變化范圍1～21mm。當(dāng)缺陷的深度一定時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度軸向分量的谷間距離隨著缺陷長度的增大而增大，所以谷間距同缺陷的長度存在固定的關(guān)系。軸向曲線由單峰變?yōu)殡p峰，且峰值越來越小。

5.結(jié)束語

文章主要是依照ANSYS仿真結(jié)果對缺陷尺寸和提離職各自對磁場的影響，結(jié)果表明在缺陷長度固定的時(shí)候磁感應(yīng)強(qiáng)度軸向分量分支會(huì)依據(jù)缺陷的深度而發(fā)生變化。

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