本文摘要：摘要：動(dòng)車組行李架是在動(dòng)車內(nèi)部起著重要作用的一種結(jié)構(gòu)，利用Creo3.0軟件對(duì)行李架整體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。通過(guò)ANSYSWorkbench17.0對(duì)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(duì)行李架進(jìn)行實(shí)際的靜加載試驗(yàn)，驗(yàn)證行李架靜力學(xué)分析的可靠性。
摘要：動(dòng)車組行李架是在動(dòng)車內(nèi)部起著重要作用的一種結(jié)構(gòu)，利用Creo3.0軟件對(duì)行李架整體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。通過(guò)ANSYSWorkbench17.0對(duì)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(duì)行李架進(jìn)行實(shí)際的靜加載試驗(yàn)，驗(yàn)證行李架靜力學(xué)分析的可靠性。利用電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)行李架進(jìn)行一系列的振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)，驗(yàn)證行李架的試驗(yàn)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(yàn),振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)
0引言
動(dòng)車組行李架是在動(dòng)車內(nèi)部起著重要作用的一種結(jié)構(gòu)，其功能主要是對(duì)乘客的行李進(jìn)行放置及存放。動(dòng)車組行李架主要可以分為3個(gè)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(guò)螺栓連接，框架與外部動(dòng)車也通過(guò)螺栓進(jìn)行連接[1]。行李架具有高強(qiáng)度，良好抗震性以及壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在設(shè)計(jì)過(guò)量等缺陷[23]。
輕量化設(shè)計(jì)成為了動(dòng)車組行李架設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的研究方向。在滿足測(cè)試試驗(yàn)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(fèi)，同時(shí)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(dòng)車的整機(jī)質(zhì)量。通過(guò)Creo3.0中設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后通過(guò)對(duì)行李架用國(guó)標(biāo)的相關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)研究，再針對(duì)發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行再次優(yōu)化，最終得出滿足要求的動(dòng)車組行李架。
1行李架結(jié)構(gòu)
對(duì)于行李架的結(jié)構(gòu)，選擇的材料既要有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)該具有合適的剛度。行李架的2個(gè)托架間的跨距也尤為重要，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該考慮行李架在中部的變形。利用Creo3.0對(duì)行李架整體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，參照動(dòng)車組常用行李架的基本參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在建模過(guò)程中，將不必要的設(shè)計(jì)特征、較小的圓角、小孔等去除[45]。
2行李架靜加載試驗(yàn)分析
在Creo3.0軟件中建立新設(shè)計(jì)的動(dòng)車組行李架，在ANSYSWorkbench17.0中進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，初步判定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性[6]。通過(guò)實(shí)際的試驗(yàn)分析，驗(yàn)證理論分析的可靠性及設(shè)計(jì)的合理性。網(wǎng)格劃分的好壞對(duì)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(huì)影響結(jié)構(gòu)的分析精度，而在網(wǎng)格劃分時(shí)，對(duì)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[89]。
對(duì)該簡(jiǎn)化后的模型進(jìn)行劃分網(wǎng)格后的Nodes數(shù)為819479個(gè)，Elements為356799個(gè)。按照行李架結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)以及所選擇的求解器，通過(guò)MeshMetric中的ElementQuality對(duì)行李架的網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行評(píng)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(jìn)行靜力學(xué)分析，得到最大變形量為18.317mm，另2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)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(gè)觀測(cè)點(diǎn)的變形分別為9.5063mm及9.4101mm。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，該變形量符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)滿足了輕量化設(shè)計(jì)。根據(jù)Creo3.0中設(shè)計(jì)的行李架的三維圖，進(jìn)行生產(chǎn)加工，得到行李架的成品。對(duì)行李架進(jìn)行靜加載試驗(yàn)，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(jìn)行850N的集中載荷的施加。
對(duì)靜力學(xué)分析中的受力點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量。通過(guò)實(shí)際的靜加載試驗(yàn)得到試驗(yàn)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(yàn)證了運(yùn)用ANSYSWorkbench17.0進(jìn)行靜力學(xué)分析的理論的可靠性，同時(shí)行李架的變形量符合行李架的設(shè)計(jì)要求。
3行李架振動(dòng)試驗(yàn)分析
運(yùn)用DCS1200012012電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)動(dòng)車行李架分別進(jìn)行模擬長(zhǎng)壽命試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)及功能性隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)后的行李架進(jìn)行分析，從而驗(yàn)證行李架的試驗(yàn)可靠性及投入生產(chǎn)的可行性。振動(dòng)試驗(yàn)：試驗(yàn)按GB/T21563—2008條款9中Ⅰ類A級(jí)條件進(jìn)行。
當(dāng)質(zhì)量犿<500kg，犳1=5Hz，犳2=150Hz。沖擊試驗(yàn)用來(lái)模擬產(chǎn)品使用過(guò)程中偶然情況。試驗(yàn)按IEC61373—2010中Ⅰ類A級(jí)進(jìn)行。(沖擊波形為半正弦波)。對(duì)動(dòng)車行李架在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上分別進(jìn)行了垂向、橫向、縱向的振動(dòng)試驗(yàn)分析，得到垂向模擬長(zhǎng)壽命、沖擊正試驗(yàn)、沖擊負(fù)試驗(yàn);橫向模擬長(zhǎng)壽命、沖擊正試驗(yàn)、沖擊負(fù)試驗(yàn)、功能性隨機(jī)試驗(yàn)按照垂向試驗(yàn)進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn);縱向模擬長(zhǎng)壽命、沖擊正試驗(yàn)、沖擊負(fù)試驗(yàn)、功能性隨機(jī)試驗(yàn)也按照垂向試驗(yàn)進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)研究。
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，行李架滿足測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)后的行李架進(jìn)行外觀檢查，無(wú)結(jié)構(gòu)性損傷。通過(guò)一系列振動(dòng)試驗(yàn)的測(cè)試，可證明動(dòng)車行李架的設(shè)計(jì)符合實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)，并可以投入生產(chǎn)使用。
4結(jié)語(yǔ)
基于現(xiàn)有的行李架，對(duì)動(dòng)車組行李架進(jìn)行了重新的優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)行了模型的建立。通過(guò)對(duì)行李架模型的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，又對(duì)行李架進(jìn)行實(shí)際的靜加載試驗(yàn)，驗(yàn)證了行李架符合設(shè)計(jì)的要求。對(duì)行李架一系列的振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)，驗(yàn)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(jì)，優(yōu)先通過(guò)軟件進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)及模型的模擬試驗(yàn)，再進(jìn)行試驗(yàn)研究，能提高效率，節(jié)約成本。
參考文獻(xiàn)
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鐵路方向論文投稿刊物：鐵道車輛全面反映和交流我國(guó)廣大鐵路車輛工作者在各個(gè)方面的研究成果和工作經(jīng)驗(yàn)，努力為鐵路運(yùn)輸和生產(chǎn)的發(fā)展服務(wù)，為提高我國(guó)鐵路車輛的技術(shù)水平、實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸現(xiàn)代化做出貢獻(xiàn)。主要讀者對(duì)象：我國(guó)鐵路和路內(nèi)外從事鐵道車輛試驗(yàn)研究、設(shè)計(jì)制造和運(yùn)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。
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