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隨著高速動車組的普遍運(yùn)行，對于高速列車車體強(qiáng)度方面的要求也越來越高，必須滿足列車相關(guān)方面所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。本文以某高速列車中間車車體為例，在ＥＮ１２６６３車體強(qiáng)度評定準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，結(jié)合該動車組車體強(qiáng)度的計(jì)算特點(diǎn)，制定出高速車體靜強(qiáng)度計(jì)算工況，對其剛度及強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算與有限元分析，并且對結(jié)果進(jìn)行評判。
鋁合金車體主要采用大型中空擠壓型材，其厚度方向的尺寸遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)方向的尺寸，可以忽略沿厚度方向的應(yīng)力變化。本文利用ANSYS建立車體有限元模型，由于車體受力情況復(fù)雜，需要承受縱向和橫向剪切、垂向彎曲、縱向拉伸和壓縮等載荷，因此建立車體有限元模型時(shí)采用ｓｈｅｌｌ６３殼單元。選擇合適單元尺寸，參照車體實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸，對車體局部位置人工網(wǎng)格控制，使整個(gè)模型具有較好的網(wǎng)格精度。由于整車車體是對稱模型，故選擇半車進(jìn)行有限元模型的建立及分析，節(jié)省了大量時(shí)間和運(yùn)算步驟。建立的中間車車體有限元模型如圖１所示，共包含１５５２２６個(gè)單元，１１６０２１個(gè)節(jié)點(diǎn)。
Ａ７Ｎ０１鋁合金是Ａｌ-Ｚｎ-Ｍｇ系的中強(qiáng)可焊合金，在軌道列車結(jié)構(gòu)材料中被大量使用，其焊接性能和焊縫質(zhì)量都比較優(yōu)越，是非常理想的中等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)焊接材料，但Ａ７Ｎ０１的焊接接頭在軌道列車應(yīng)用中也有應(yīng)力腐蝕開裂、腐蝕疲勞等缺點(diǎn)。本高速列車所用的Ａ７Ｎ０１鋁合金是我國國產(chǎn)的材料，其焊接填充材料采用ＳＡＦ５３５６焊絲。Ａ７Ｎ０１鋁合金及焊縫材料屬性見表。
參考ＥＮ１２６６３標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合該動車組車體強(qiáng)度計(jì)算特點(diǎn)，制定出高速列車車體靜強(qiáng)度計(jì)算工況，其中部分工況狀態(tài)見表。
具體載荷處理如下：
（１）對于車體自重，在ANSYS前處理模塊中輸入車體鋁合金材料的密度和重力加速度，程序根據(jù)模型各單元表面積、單元實(shí)常數(shù)自動將單元載荷因子的信息記入總載荷進(jìn)行計(jì)算。
（２）車內(nèi)設(shè)備（如座椅）、乘客、行李等載荷，以均布載荷的形式作用在底架的側(cè)梁上。
（３）車頂空調(diào)設(shè)備、車體牽引變流器和冷卻裝置，按照設(shè)備安裝點(diǎn)的實(shí)際位置，以集中載荷的形式平均作用在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上。
利用車體垂向載荷工況（工況１）計(jì)算的表形值來校核車體的剛度，計(jì)算得到了車體最大變形，如圖２所示。由圖２可知，車體底架側(cè)梁垂向變形為６.８７ｍｍ，相對變形較小，滿足ＥＮ１２６６３標(biāo)準(zhǔn)。
車體在第１～第６工況作用下，最大當(dāng)量應(yīng)力為２１４．４１８ＭＰａ，產(chǎn)生于第５工況作用時(shí)，出現(xiàn)在車門門角處。同時(shí)車體上當(dāng)量應(yīng)力較大的部位還有車底設(shè)備懸掛處、車體側(cè)墻與底架交界處，而其余部位的應(yīng)力則較小。
機(jī)車車輛承載結(jié)構(gòu)在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的載荷作用下，其靜強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)和運(yùn)行的條件為：
（１）在正常運(yùn)行載荷作用下，其最大Ｖｏｎ＿Ｍｉｓｅｓ應(yīng)力不大于車體材料的許用應(yīng)力，即：σｍａｘ≤［σ］．（１）
（２）在運(yùn)行中最大載荷（發(fā)生行車事故時(shí)承擔(dān)的載荷）作用下，其最大Ｖｏｎ＿Ｍｉｓｅｓ應(yīng)力不大于制造材料的屈服極限σｓ，即：σｍａｘ≤σｓ．（２）
上述工況中，工況１為正常運(yùn)行載荷，用式（１）進(jìn)行校核，材料的許用應(yīng)力用材料屈服極限σｓ與安全系數(shù)Ｓ的商計(jì)算，根據(jù)我國標(biāo)準(zhǔn)《２００ｋｍ／ｈ及以上速度級鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定》，正常運(yùn)行載荷下安全系數(shù)Ｓ＝１.５。Ａ７Ｎ０１鋁合金材料屈服極限為２９５ＭＰａ（不考慮焊縫處），則材料許用應(yīng)力為１９７ＭＰａ，所以該車體滿足靜強(qiáng)度要求。
工況２～工況６為非正常運(yùn)行載荷，按式（２）進(jìn)行校核，材料屈服極限為２９５ＭＰａ，故滿足靜強(qiáng)度要求。
結(jié)論：
（１）在靜載荷作用下，車體結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)，底架側(cè)梁垂向變形為６．８７ｍｍ，相對變形較小，滿足剛度要求。
（２）參照ＥＮ１２６６３標(biāo)準(zhǔn)確定車體的６個(gè)靜載荷工況，在靜載荷作用下，車體最大當(dāng)量應(yīng)力為２１４．４１８ＭＰａ，產(chǎn)生于工況５，出現(xiàn)在車門門角處，該最大當(dāng)量應(yīng)力小于材料的屈服強(qiáng)度，滿足靜強(qiáng)度要求。
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