地鐵列車車輛的車體骨架限元分析案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u26735地鐵列車車輛的車體骨架限元分析案例概述 169411.1軟件介紹 179901.2滿載分析 1280841.2側(cè)翻分析 592911.2.1側(cè)翻分析的目的及必要性 5171521.2.2側(cè)翻時的有限元分析 5259581.3碰撞分析 7288841.3.1碰撞分析的目的及必要性 7276781.3.2碰撞時的有限元分析 71.1軟件介紹常情況下，對CAE工程師來說80%的時間都要用在對仿真模型的前處理上，包括對模型進行網(wǎng)格的劃分、修改及確保輸出模型的正確性等方面，而對模型的求解分析只占用了一少部分時間，所以選擇功能強大、操作簡單、與眾多CAD軟件及求解器都可以無縫連接的有限元前處理軟件HyperMesh對提高有限元分析的效率與精確度起到關鍵作用。圖1.1有限元分析所用軟件展示1.2滿載分析依據(jù)B型地鐵列車（四軸車）技術規(guī)格：帶司機室車輛定員：230人（超員327人）無司機室車輛定員：250人（超員352人）本設計為無司機室的車體骨架，為保證必要時超負荷載客需要，在此選用352人作為分析標準。根據(jù)《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告（2020年）》得出2020年全國18歲及以上居民男性和女性的平均體重分別為69.6千克和59千克，在此選用60千克作為這352人的平均體重進行分析，模型展示及分析步驟如下：模型左右對稱圖1.2正視圖圖1.3側(cè)視圖圖1.4網(wǎng)格細節(jié)展示本模型全部采用三角形面網(wǎng)格。模型包括115萬網(wǎng)格，56.7萬節(jié)點圖1.5單元數(shù)和節(jié)點數(shù)展示對車架底如圖所示位置進行約束，通過SPC功能，實現(xiàn)所示區(qū)域節(jié)點6個自由度均限定。約束位置根據(jù)B型地鐵列車參數(shù)，轉(zhuǎn)向架中心距12600mm而定。圖1.6約束展示骨架材料設置如下表所示：SUS304不銹鋼材料力學參數(shù)列表彈性模量194GPa泊松比0.3密度7.93g?屈服強度205MPa表1.1SUS304不銹鋼材料力學參數(shù)列表圖1.7SUS304不銹鋼材料力學參數(shù)展示圖1.8屬性設置圖1.9重力作用展示圖1.10承重載荷展示計算載荷：作用載荷包括車體結(jié)構(gòu)自重以及超員325名乘客的重量等。做簡化處理，都均布于車體底架橫梁、縱梁上表面。如圖所示：圖1.11超載狀態(tài)下車體載荷分布情況通過LOADADD實現(xiàn)載荷組合功能結(jié)果分析如下：圖1.12超載整體應力分布圖圖1.13超載局部應力細節(jié)圖圖1.14超載位移結(jié)果圖結(jié)果分析：底架應力最大值為172MPa,小于SUS304材料的屈服強度205MPa；底架位移最大值為10mm，小于GB/T7928——2003《地鐵車輛通用技術條件》中規(guī)定的12.6mm，因此車架在超載（352人，平均每人60千克）工況下合格。1.2側(cè)翻分析1.2.1側(cè)翻分析的目的及必要性經(jīng)過有限元分析的強度校核，本設計在正常工況下完全符合設計標準，具有一定的結(jié)構(gòu)強度，可以保證行駛安全，但是我并不滿足于此。2018年10月21日16時50分，臺灣省宜蘭縣蘇澳新馬車站發(fā)生列車出軌側(cè)翻意外，有數(shù)節(jié)車廂旅客受困（著名的10·21臺灣列車脫軌事故）。2018年10月22日，臺當局相關部門表示，事故原因初判是因為轉(zhuǎn)彎時超速。2018年11月21日，事故調(diào)查小組發(fā)現(xiàn)，人為加上機械的綜合性因素，至少有5個關卡可以避免18死的翻車事故，但一關接一關都失守，才釀成悲劇。2018年11月26日，事故官方調(diào)查小組認為，事故涉及人員操作、作業(yè)程序、機械設備及組織管理等層面的問題，多重因素與異常湊巧同時穿過每一道防護措施的漏洞，最終導致事故發(fā)生。該事故共造成18人遇難，207人受傷。所以我想我設計的骨架可以在發(fā)生交通事故時保護車內(nèi)乘客，減少傷亡人數(shù)。1.2.2側(cè)翻時的有限元分析側(cè)翻分析與超載分析同屬靜力分析，操作過程類似，在此不做過多敘述，直接展示分析結(jié)果圖1.15側(cè)翻整體應力分布圖圖1.16側(cè)翻位移結(jié)果圖1圖1.17側(cè)翻位移結(jié)果圖2結(jié)果分析：側(cè)墻應力最大值為139MPa,小于SUS304材料的屈服強度205MPa；側(cè)墻位移最大值為11.9mm，小于GB/T7928——2003《地鐵車輛通用技術條件》中規(guī)定的19mm，因此車架在側(cè)翻工況下合格。1.3碰撞分析1.3.1碰撞分析的目的及必要性鐵路與道路平面交叉通常稱為鐵路平交道口，簡稱道口。顧名思義就是公路與鐵路在同一水平面是相交。道口一般設置在鐵路線路等級較低，道路交通量小，地勢平坦，了望條件好的地點。鐵路車站內(nèi)有接發(fā)列車和調(diào)車作業(yè)，為了避免干擾，防止事故，原則上不應設置道口。但是實際情況是我國的道口數(shù)量十分龐大，道口事故時有發(fā)生。道口事故發(fā)生的過程可以歸結(jié)為以下過程：車輛正常行駛接近交叉口(視距不良、環(huán)境光線太亮或太暗、交叉口尺寸較小、交叉口沒有明顯標識等)，車輛繼續(xù)高速接近交叉口(當距離較近時，駕駛員可能會發(fā)現(xiàn)平交口而采取一些措施)，行人、車輛等出現(xiàn)在平交路口．并且侵占了行車道路，車輛以較高的速度到達交叉口，進行避讓一避讓不及發(fā)生碰撞。當事故發(fā)生時，我希望我設計的骨架可以保護車內(nèi)乘客，減少傷亡人數(shù)。1.3.2碰撞時的有限元分析一般私家車前機蓋高度不過1000mm，而B型地鐵列車底架高度就高達1100mm，所以一般私家車不足以對本車體骨架構(gòu)成威脅，所以本分析次采用高1900mm、寬2000mm、時速80km/h的廂式貨車作為碰撞物體（剛性墻），模擬分析了碰撞之后0.6秒內(nèi)的應力、位移情況，分析結(jié)果如下：圖1.18碰撞應力分布圖1圖1.19