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由于鋁質量輕，比強度高，易于擠壓成型，有利于車輛輕量化，近半個世紀以來，鋁合金車體取得長足發(fā)展。為確保所設計的地鐵鋁合金車體具有足夠強度和剛度，分垂直總載荷、縱向壓縮(拉伸)、頂車與風載荷及其組合等12種工況，采用有限元分析軟件進行強度分析計算，為其結構改進和優(yōu)化提供依據(jù)。
所設計的車體為采用大型中空鋁合金擠壓型材的地鐵B2型鼓形車體，主要技術參數(shù)為車輛長度19m；車體外側最大寬度2.884 m；車輛定距12.6m；車頂高度(距軌面)3.8 m；地板面高度(距軌面)1.1 m；整車車體自重力202.4 kN。車體結構由底架、端墻、側墻與車頂4類大部件及其連接件共同組焊而成，各大部件均由沿車體通長的大型中空封閉斷面鋁型材擠壓模塊相聯(lián)結而成，具體結構如下：(1)底架是車體組成的基礎，車輛的走行裝置及連接緩沖裝置都直接與底架相連，采用3種擠壓模塊共7長條拼焊成整塊地板梁。牽引梁與緩沖梁組成、枕梁、端梁、小橫梁及角柱均以地板梁為基礎，焊接在其底部。牽引梁與緩沖梁預先形成一丁字形組件，牽引梁尾部直接與枕梁相連，將牽引力傳遞到枕梁的牽引銷及其兩端的下側梁，枕梁則采用鋁板焊成的箱形結構。(2)端墻以左、右對稱的端墻板為基礎，由橫向梁聯(lián)結，端墻板內豎向板梁式柱子也采用了空心截面的擠壓模塊。(3)側墻由4種擠壓模塊用縱向焊縫拼焊成整體后，再用短柱焊出其豎向立柱和切割出門窗。車頂上側梁與底架下側梁通過側墻相聯(lián)結，使車體成為強大的垂向承載構件。(4)車頂部分因安裝空調機組及受電弓的需要，有一些“局部結構”與“一般結構”，“一般結構”由8長條擠壓型材拼焊而成，其下部用彎梁支托，彎梁與側墻的門、窗柱在同一橫截面上，另車窗及車門中部也布置了一根彎梁。
根據(jù)鋁合金車體由大型中空擠壓型材焊接而成的特點，建模時按偏安全原則，盡可能細致地離散車體。由于該車車體結構及載荷沿車體垂向中央平面對稱，故取1/2車體建立結構離散力學模型。車體地板、車頂、側墻和端墻按照中空型材的斷面采用板單元加以建模；梁單元主要用于模擬門柱、窗柱、窗臺、車頂彎梁、底架小橫梁和端墻角柱、門框柱、門頂及空調坑橫梁。半車車體共有結點32278個，板單元21146個，梁單元980個。
空車垂直載荷即車體自重力為202.4 kN，考慮1/2車體，地板面均布載荷q=3.332kN/時；集中載荷P1=8.731 kN，為空調機組質量，作用于車端頂部，P2=4.4145kN，為車鉤連接裝置質量，作用于車鉤支座上;滿載垂直載荷，根據(jù)建設部有關標準規(guī)定B型車滿載時乘客人數(shù)為310人，每人按照60 kg計算，載荷W= 310X60X9.81/1000 = 182.466 kN，加上車體自重，滿載時地板面均布載荷q=6.784 kN/時；牽引梁車鉤安裝座處水平縱向拉伸力(壓縮力)為1.0MN；風載荷qf= 700N/時，作用在車體一側。參照相關規(guī)范，確定計算工況為空車垂直載荷1、滿載垂直載荷2、載荷1+縱向壓縮力、載荷2+縱向壓縮力、載荷1+縱向拉伸力、載荷2+縱向拉伸力、單獨縱向壓縮力、單獨縱向拉伸力、空車對稱頂車(頂車位置在車體兩端緩沖梁的下平面處)、空車對角頂車(頂車位置由4個改為對角兩個頂車點)、空車一端連轉向架頂車(底架一端枕梁的兩端下平面處頂車，轉向架連同車體吊起)、單獨風載荷作用。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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