常宁(1984-)女,山西原平人,硕士生(收稿日期:2008-06-24)文章编号:1008-7842(2009)01-0008-05轴重40t重载敞车车体有限元分析常宁,姚曙光,刘国伟(中南大学轨道交通安全教育部重点实验室,湖南长沙410075)摘要发展重载是提高铁路货运能力和货物运输实现快速发展的有效途径。而提高轴重、减轻自重成为实现重载运输的重要措施。出口澳大利亚的矿石专用敞车采用侧立柱内置方式,车体长为10100mm,宽为3255mm;与矿石接触的部件采用不锈钢NIROSTA�4003mod,其余部件采用高强度结构钢Q450NQR1,这样不仅提高了车体容积率,同时减轻了车体自重,使得轴重达到40t,载重达到了13815t,提高了货运能力。并采用大型通用有限元软件ANSYS,对该敞车进行了线性和非线性静强度有限元分析。计算结果表明,该车车体在各种工况载荷作用下,满足AAR《货车设计制造规范》设计标准。同时找出了车体结构的薄弱环节,为进一步改进重载敞车的结构设计提供了参考。关键词机车车辆;重载敞车;有限元分析;非线性分析中图分类号:U27212132文献标志码:A目前,在我国由铁路运输完成的货运量占全国货物运输的50%左右,铁路货车的数量、质量等对铁路运输能力的提高以及运输质量的保证起着重要的作用。发展重载是提高铁路货运能力和货物运输实现快速发展的有效途径。而提高轴重、减轻自重成为实现重载运输的重要措施。重载运输代表了铁路运输领域的先进生产力,推行重载运输不仅可以提高铁路劳动生产率,而且增加了铁路货运的收入。从国外重载铁路的发展来看,美国所有一级铁路的标准轴重是33t,加拿大一级铁路的标准轴重是35t,澳大利亚BHP重载铁路的轴重达到了30t,瑞典重载铁路的轴重提高到了30t〔1〕。因此,发展重载铁路已成为我国铁路和世界铁路货车发展的方向。本文研究的出口澳大利亚轴重40t矿石专用敞车是世界上迄今为止轴重最重的铁道车辆,车体的长度、宽度均较旧的敞车长,大大提高了容积率。而且车体采用的材质分两种,与矿石直接接触的部件采用不锈钢NIROSTA�4003mod,其余部件采用高强度结构钢Q450NQR1,在保证车体强度的条件下,降低了车体自重〔2〕。确保车体钢结构具有足够的强度和刚度,以保证车辆在任何工作状态下都能安全、可靠的运行,成为整个敞车车体结构设计的重要组成部分。车体结构有限元分析是车辆结构设计的主要内容之一。通过对车体结构进行有限元分析,以检验设计的合理性,判断车体结构是否满足相关标准的要求,为车体结构改进提供重要依据。1车体结构简介及主要参数本文研究的敞车车体为无下侧梁的整体承载结构,由底架、侧墙、端墙等部件组成。地板厚度为5mm板材,侧墙与端墙均采用4mm板材。整个车体近似一个敞开的箱型薄壁结构。端墙、侧墙与底架牢固地焊接在一起。端墙由上端梁、角柱、横带和端墙板组成;侧墙由上侧梁、侧立柱、侧墙板等组成;底架由中梁、枕梁、1根箱形变截面大横梁、4根工字变截面小横梁、不锈钢地板等组成。111主要参数载重13815t;自重≤22t;轴重40t;最高运营速度90km/h;车辆定距7230mm;车辆内长10100mm;车辆内高2235mm;车辆内宽3255mm。112车体结构特点车体结构的主要特点是:(1)该车体采用的材质分两种,与矿石直接接触的部件采用屈服强度为350MPa的不锈钢NIROSTA�4003mod,其余部件采用屈服强度为450MPa的高强度结构钢Q450NQR1。确保车辆承载能力的同时,大大降低了车体自重。(2)车体侧墙立柱采用内置式,与以往的侧墙立柱外置式敞车相比,不仅增大了车体容积,还提高了第29卷第1期2009年2月铁道机车车辆RAILWAYLOCOMOTIVE&CARVol129No11Feb12009©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net车体的载重,满足了车辆设计要求。而且澳大利亚气候干燥,立柱内置式车体可以满足翻车机卸货作业的要求。由于立柱采用内置式,与矿石直接接触,为保护焊缝,在立柱与地板连接处增加圆弧板。(3)车体侧墙外侧未设人字形斜撑。侧墙内侧增设了鼓形包板,保证了下侧板的强度要求。上侧板外侧增加补强板与上侧梁连接,对上侧梁起到了支撑的作用,同时也增强了上侧板的强度。车体结构如图1所示。2重载敞车车体结构静力分析211车体有限元模型的建立由于该车体结构对称,利用...
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