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重载轨道车辆非线性结构设计

姚曙光 田红旗

姚曙光, 田红旗. 重载轨道车辆非线性结构设计[J]. 交通运输工程学报, 2009, 9(4): 43-48. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.04.009
引用本文: 姚曙光, 田红旗. 重载轨道车辆非线性结构设计[J]. 交通运输工程学报, 2009, 9(4): 43-48. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.04.009
YAO Shu-guang, TIAN Hong-qi. Nonlinear structure design of heavy haul vehicle[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2009, 9(4): 43-48. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.04.009
Citation: YAO Shu-guang, TIAN Hong-qi. Nonlinear structure design of heavy haul vehicle[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2009, 9(4): 43-48. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.04.009

重载轨道车辆非线性结构设计

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.04.009
基金项目: 

铁道部科技研究开发计划项目 2005J024

详细信息
    作者简介:

    姚曙光(1970-), 女, 湖南邵阳人, 中南大学讲师, 工学博士研究生, 从事列车结构设计研究

    田红旗(1959-), 女, 河南鲁山人, 中南大学教授

  • 中图分类号: U270.2

Nonlinear structure design of heavy haul vehicle

More Information
    Author Bio:

    YAO Shu-guang(1970-), female, lecturer, doctoral student, +86-731-82655294, ysgxzx@163.com

    TIAN Hong-qi (1959-), female, professor, +86-731-82655390, thq@mail.csu.edu.cn

  • 摘要: 为减轻重载轨道车辆质量, 提高车辆的承载能力, 对于采用具有强化效应高强度低合金钢的车辆结构, 按材料非线性理论, 允许结构局部塑性变形, 进行结构轻量化设计, 采取弱化端墙、强化底架的结构优化措施, 并采用几何非线性理论对其进行非线性稳定性分析。按此非线性分析方法, 对新研发的轴载40 t、总载160 t的重载敞车进行了车体结构优化设计。在纵向压缩工况下, 优化后车体结构最大应力为336 MPa, 小于材料Q450NQR1屈服强度450 MPa, 发生局部屈曲的最小临界载荷Fcr为6 252 kN。在纵向冲击工况下, 车体的大应力点分布在上侧梁和上端梁区域, 应力值达到530 MPa左右, 仍低于材料的极限强度550 MPa, 且底架上的应力分布较优化前更均匀。车体结构的强度、刚度及稳定性符合AAR标准规范要求, 车辆自重系数仅为0.16。分析结果表明非线性分析方法是重载车辆结构轻量化设计的有效手段。

     

  • 图  1  矿石敞车结构

    Figure  1.  Structure of gondola car

    图  2  冲击载荷作用下敞车Von Mises应力云图

    Figure  2.  Von Mises stress plot of car body under impact load case

    图  3  车体1阶屈曲模态

    Figure  3.  First blucking mode of car body

    图  4  迭代分析过程

    Figure  4.  Iteration analysis process

    图  5  载荷-位移响应曲线

    Figure  5.  Load-displacement response curve

    图  6  关键结点的位置

    Figure  6.  Critical node locations

    图  7  地板结点载荷-垂向位移曲线

    Figure  7.  Load-vertical displacement curves of nodes on floor

    图  8  侧墙结点载荷-横向位移曲线

    Figure  8.  Load-transversal displacement curves of nodes on side wall

    图  9  优化后车体1阶屈曲模态

    Figure  9.  First blucking mode of car body after optimization

    图  10  优化后车体Von Mises应力云图

    Figure  10.  Von Mises stress plot of car body after optimization

    图  11  优化后关键结点的位置

    Figure  11.  Key node locations after optimization

    图  12  优化后侧墙结点载荷-横向位移曲线

    Figure  12.  Load-transversal displacement curves of nodes on side wall after optimization

    图  13  优化后地板结点载荷-垂向位移曲线

    Figure  13.  Load-vertical displacement curves of nodes on floor after optimization

    图  14  优化后冲击载荷作用下敞车Von Mises应力云图

    Figure  14.  Von Mises stress plot of car body under impact load after optimization

    表  1  底架结构参数

    Table  1.   Structural parameters of underframe

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  • 收稿日期:  2009-03-11
  • 刊出日期:  2009-08-25

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