動車組行李架的受力及試驗研究

所屬分類：建筑論文閱讀次時間：2019-11-22 10:46

本文摘要：摘要：動車組行李架是在動車內(nèi)部起著重要作用的一種結(jié)構(gòu)，利用Creo3.0軟件對行李架整體結(jié)構(gòu)模型進行三維設(shè)計。通過ANSYSWorkbench17.0對行李架模型的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，得到行李架的總變形云圖。對行李架進行實際的靜加載試驗，驗證行李架靜力學(xué)分析的可靠性。

　　摘要：動車組行李架是在動車內(nèi)部起著重要作用的一種結(jié)構(gòu)，利用Creo3.0軟件對行李架整體結(jié)構(gòu)模型進行三維設(shè)計。通過ANSYSWorkbench17.0對行李架模型的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，得到行李架的總變形云圖。對行李架進行實際的靜加載試驗，驗證行李架靜力學(xué)分析的可靠性。利用電動振動試驗系統(tǒng)對行李架進行一系列的振動測試試驗，驗證行李架的試驗可靠性及投入生產(chǎn)的可行性。

　　關(guān)鍵詞：行李架,靜力學(xué)分析,靜加載試驗,振動測試試驗

鐵道車輛

　　0引言

　　動車組行李架是在動車內(nèi)部起著重要作用的一種結(jié)構(gòu)，其功能主要是對乘客的行李進行放置及存放。動車組行李架主要可以分為3個部分：前部托架、隔板以及框架。前部托架與隔板之間主要通過螺栓連接，框架與外部動車也通過螺栓進行連接[1]。行李架具有高強度，良好抗震性以及壽命較長等優(yōu)點，同時也存在設(shè)計過量等缺陷[23]。

　　輕量化設(shè)計成為了動車組行李架設(shè)計的一個重要的研究方向。在滿足測試試驗要求的前提下，能夠使行李架足夠輕量，不僅可以減少材料的浪費，同時能夠較大程度的減小行李架的質(zhì)量，從而可以一定程度的減小動車的整機質(zhì)量。通過Creo3.0中設(shè)計結(jié)構(gòu)方案，不斷優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計完成后通過對行李架用國標(biāo)的相關(guān)檢驗標(biāo)準(zhǔn)進行試驗研究，再針對發(fā)生的問題進行再次優(yōu)化，最終得出滿足要求的動車組行李架。

　　1行李架結(jié)構(gòu)

　　對于行李架的結(jié)構(gòu)，選擇的材料既要有足夠的強度，同時應(yīng)該具有合適的剛度。行李架的2個托架間的跨距也尤為重要，在設(shè)計過程中應(yīng)該考慮行李架在中部的變形。利用Creo3.0對行李架整體結(jié)構(gòu)模型進行三維設(shè)計，參照動車組常用行李架的基本參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，并在建模過程中，將不必要的設(shè)計特征、較小的圓角、小孔等去除[45]。

　　2行李架靜加載試驗分析

　　在Creo3.0軟件中建立新設(shè)計的動車組行李架，在ANSYSWorkbench17.0中進行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，初步判定結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性[6]。通過實際的試驗分析，驗證理論分析的可靠性及設(shè)計的合理性。網(wǎng)格劃分的好壞對分析結(jié)構(gòu)的可靠性起到了關(guān)鍵的作用[7]。不同程度的網(wǎng)格劃分會影響結(jié)構(gòu)的分析精度，而在網(wǎng)格劃分時，對于單元數(shù)量以及劃分精度的控制也決定著網(wǎng)格劃分后的網(wǎng)格質(zhì)量[89]。

　　對該簡化后的模型進行劃分網(wǎng)格后的Nodes數(shù)為819479個，Elements為356799個。按照行李架結(jié)構(gòu)自身的特點以及所選擇的求解器，通過MeshMetric中的ElementQuality對行李架的網(wǎng)格質(zhì)量進行評估。將模型的螺栓孔固定，按照1000N/m的標(biāo)準(zhǔn)施加在行李架的受力面上，進行靜力學(xué)分析，得到最大變形量為18.317mm，另2個觀測點的變形量分別為7.078mm及6.9675mm。

　　再在行李架的中間部位集中加載850N的作用力，可得到最大變形量為25.882mm，另2個觀測點的變形分別為9.5063mm及9.4101mm。根據(jù)設(shè)計的要求，該變形量符合設(shè)計要求，同時滿足了輕量化設(shè)計。根據(jù)Creo3.0中設(shè)計的行李架的三維圖，進行生產(chǎn)加工，得到行李架的成品。對行李架進行靜加載試驗，首先按照1000N/m的標(biāo)準(zhǔn)施加在行李架的鋼化玻璃上，再進行850N的集中載荷的施加。

　　對靜力學(xué)分析中的受力點進行實際的測量。通過實際的靜加載試驗得到試驗數(shù)據(jù)，行李架的變形量能較大程度的與靜力學(xué)分析吻合，從而驗證了運用ANSYSWorkbench17.0進行靜力學(xué)分析的理論的可靠性，同時行李架的變形量符合行李架的設(shè)計要求。

　　3行李架振動試驗分析

　　運用DCS1200012012電動振動試驗系統(tǒng)，對動車行李架分別進行模擬長壽命試驗、沖擊試驗及功能性隨機振動試驗，對試驗后的行李架進行分析，從而驗證行李架的試驗可靠性及投入生產(chǎn)的可行性。振動試驗：試驗按GB/T21563—2008條款9中Ⅰ類A級條件進行。

　　當(dāng)質(zhì)量犿<500kg，犳1=5Hz，犳2=150Hz。沖擊試驗用來模擬產(chǎn)品使用過程中偶然情況。試驗按IEC61373—2010中Ⅰ類A級進行。(沖擊波形為半正弦波)。對動車行李架在振動試驗臺上分別進行了垂向、橫向、縱向的振動試驗分析，得到垂向模擬長壽命、沖擊正試驗、沖擊負試驗;橫向模擬長壽命、沖擊正試驗、沖擊負試驗、功能性隨機試驗按照垂向試驗進行相應(yīng)試驗;縱向模擬長壽命、沖擊正試驗、沖擊負試驗、功能性隨機試驗也按照垂向試驗進行相應(yīng)試驗研究。

　　根據(jù)試驗結(jié)果分析，行李架滿足測試標(biāo)準(zhǔn)，試驗數(shù)據(jù)真實可靠，對振動試驗后的行李架進行外觀檢查，無結(jié)構(gòu)性損傷。通過一系列振動試驗的測試，可證明動車行李架的設(shè)計符合實際的標(biāo)準(zhǔn)，并可以投入生產(chǎn)使用。

　　4結(jié)語

　　基于現(xiàn)有的行李架，對動車組行李架進行了重新的優(yōu)化設(shè)計，進行了模型的建立。通過對行李架模型的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，又對行李架進行實際的靜加載試驗，驗證了行李架符合設(shè)計的要求。對行李架一系列的振動測試試驗，驗證了該行李架符合投入生產(chǎn)使用的條件。該行李架的設(shè)計，優(yōu)先通過軟件進行輕量化設(shè)計及模型的模擬試驗，再進行試驗研究，能提高效率，節(jié)約成本。

　　參考文獻

　　[1]張開林，周春平.高速機車構(gòu)架拓撲優(yōu)化仿真[J].交通運輸工程學(xué)報，2009，9(6)：4246.

　　[2]王曉明，宋曉文，劉德剛，李志國.動車組行李架支座結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計[J].鐵道車輛，2013，51(2)：1115.

　　[3]王石付，鮑四元，楊紅麗.動車組3人座椅底架的結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計[J].常州工學(xué)院學(xué)報，2011，24(6)：15.

　　鐵路方向論文投稿刊物：鐵道車輛全面反映和交流我國廣大鐵路車輛工作者在各個方面的研究成果和工作經(jīng)驗，努力為鐵路運輸和生產(chǎn)的發(fā)展服務(wù)，為提高我國鐵路車輛的技術(shù)水平、實現(xiàn)鐵路運輸現(xiàn)代化做出貢獻。主要讀者對象：我國鐵路和路內(nèi)外從事鐵道車輛試驗研究、設(shè)計制造和運用檢修的領(lǐng)導(dǎo)干部、科技人員、技術(shù)工人、管理干部和有關(guān)院校師生。