动车组头部开闭机构设计优化与仿真分析.docx

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1、动车组头部开闭机构设计优化与仿真分胡哲龙-=忸 (1)蜀=网伤 (2) 0=回图(3)式中歹一载荷矢量矩阵；k一总刚矩阵，与介质的力 学特性有关；一位移矢量矩阵；e一应变列阵；忸一几何矩阵;b一位移列阵；b一应力矩阵；一弹性矩阵；Summary：本文通过对动车组头部开闭机构进行有限元计算分析，优化了设计结 构。对开闭机构在不同运行工况下的应力及位移结果进行了比拟分析，并把仿 真计算与试验结果进行了比照，计算结果与试验结果相一致。Key：动车组开闭机构；设计优化;有限元计算平安、快捷、舒适是现代轨道交通追求的三大目标。随着列车的不断提速，列 车空气阻力的影响越来越明显，当列车时速超过160Km/

2、h时，空气阻力占总阻 力的70%；当列车时速超过350Km/h时，空气阻力占总阻力的90%以上。为了减 少空气阻力，高速列车的外型设计普遍采用流线型隼体，并将车钩等传统列车 产品上的一些外露设备、装置安装在车体的内部，然后在外头安装头部端盖。开闭机构的主要用途是能使动车组在非正常牵引工况下进行调车作业时，流线 型车头盖能方便地通过电控操作实现开启、关闭，以实现与全自动车钩联接， 而在正常运行时能保持动车头盖的关闭和自锁，以保持良好的空气动力学性能 及外形平整美观。该装置可防止动车组进行调车作业时，只能卸下车头盖，调 车作业之后再装上车头盖，这样既费时又费力，而且易损坏车头盖。而且在运 输高峰期

3、时，通过该装置能使两列同样的动车组前端的流线型车头盖开启，以 实现两列动车组的重联运行。本文通过对动车组头部开闭机构进行有限元计算 分析，对开闭机构在不同运行工况下的应力及位移结果进行了比拟分析，并把 仿真计算与试验结果进行了比照，计算结果与试验结果相一致。1有限元模型及边界条件有限元法是结构分析的一种数值计算方法，是矩阵方法在结构力学和弹性力学 等领域中的应用和开展。1在进行结构强度计算过程中，有限元的计算可归结 为三大方程的联合统一2,平衡方程、几何方程和物理方程一弹性本构关系, 静力有限元平衡方程，其形式为：模型中忽略了次要的圆角、倒角等细节，可以减小计算量，对所关心的计算结 果不会产生

4、较大影响，有限元模型如图1,模型的网格采用线性壳单元和非协 调实体线性单元，整个模型单元数为83748,节点数为107879。模型的装配、 前处理、计算及后处理通过ABAQUS实现。模型中共有两种材料Q235和Q345,它们的力学性能参数如表1所示。2计算载荷和约束条件在开闭机构计算中所考虑的计算载荷主要包括：开闭机构本身的自重及各种工 况下结构所受载荷。运行工况为分别为列车在350Km/h时速下明线单车、明线 交会、隧道单车、隧道交会下开闭机构外表的空气压力，通过数值计算得到的 各个载荷工况施加到四个安装座集中点上，模型的边界条件，在上面六个定位 孔和下部位置采用全约束。3开闭机构结构强度评

5、定标准开闭机构为钢型材（Q235和Q345）的焊接结构。根据DIN EN 12663铁道车 辆车体结构要求规定，开闭机构应在各个工况的载荷综合作用下，材料的许 用应力与计算等效应力之比应不小于DIN EN 12663第3. 4. 2节中规定的平安系 数S1 （规定中取S1为1.15） o即：4计算结果 4. 1位移结果 从四种工况的位移图可知：工况4隧道交会开闭机构变形最大，为1.942mm, 发生在右部悬臂下端。4. 2 Mises应力结果4.3结果分析四种工况的变形结果和应力结果如下表2, 3所示：从以上的位移变形结果和效应力分析可知：工况4隧道交会时开闭机构主要部 件的等效应力最大，且整

6、个模型在工况4隧道交会变形最大，综合变形和应力 结果得到工况4条件最恶劣。所有模型在4种载荷工况下最大应力均未超过安 全系数。5试验加载为进一步验证数值计算的准确性，本工程后期通过加载试验所得数据与计算数 据进行比拟，数据基本吻合。6结论综合上述分析可以得出以下结论：1）对于开闭机构的各个部件，在四种载荷工况下的平安系数均高于DIN EN 12663第节中规定的平安系数S1 （规定中取S1为1. 15）,满足强度要 求；2）开闭机构现场实测应力值与数值计算值相差不大，且大局部实测值与计算值 有较好的一致性，进而说明数值计算结果的准确性；Reference：1 Qi Fan. Computeri

7、zed Modeling and Simulation of Spiral Bevel andHypoid Gears Manufacture by Gleason Face Hobbing ProcessJ. Journal of Mechanical Design, 2006, 128： 235-2412苏向震，何江达，陈方竹.有限元计算中模型选择对结果的影响.红水河.2007, (2) ： 61-65._3张艳基于HyperMesh的25型客车建模4 UIC566 Loadings of coach bodies and their components今创集团股份技术中心 江苏 常州213102一全文完一