一種多枕梁支撐車體的強度計算方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及車體強度仿真計算技術領域，特別涉及一種多枕梁支撐車體的強度計算方法。
【背景技術】
[0002]軌道車輛車體是容納旅客或貨物、安裝各種設備的部分，一般通過枕梁支撐在轉向架的二系懸掛裝置上。為了驗證車體強度、使其承受運行過程中的拉伸力或壓縮力作用而不發生變形和破壞，重點需要對車體進行拉伸和壓縮兩種工況條件下的測試。
[0003]在設計階段，無法通過試驗手段對車體強度進行測試，只能通過模擬仿真計算的手段來考察所設計的車體強度是否達標。
[0004]現有的軌道車輛車體一般采用兩個轉向架支撐，每個轉向架對車體枕梁均具有兩個支撐點，這樣形成了四點支撐結構。把車體看成一根梁，車體就簡化成了兩支點簡支梁。進行車體強度仿真計算時，將四個支撐點的所有節點的垂直方向的平動自由度均約束，計算出的應力值能夠反映拉伸或壓縮兩種試驗工況條件下的車體真實應力分布。
[0005]現針對多支撐點(也就是多枕梁結構)的車體進行拉伸和壓縮工況計算時，也將各個支撐點處的垂直方向的平度自由度約束后進行模擬仿真計算。但實際測試結果和仿真計算結果比較后發現仿真計算結果并不能真實反映實際測試結果的問題，出現仿真計算應力遠小于實測應力的情況，以至實際試驗時無法加載計算工況的壓縮力，沒有發揮模擬仿真對設計的指導作用，致使不合理設計沒有及時得到糾正，導致制造了不合格樣車產品。

【發明內容】

[0006]為解決現有模擬仿真計算方法不能真實反映多枕梁車體的強度真實測試結果的問題，本發明提供了一種多枕梁支撐車體的強度計算方法。
[0007]本發明提供了一種多枕梁支撐車體的強度計算方法，包括以下步驟:
[0008]步驟101:對所述車體進行網格劃分，形成有限元模型；限制所述車體的枕梁在垂直方向的平動自由度、釋放所述枕梁繞所述車體橫向方向的轉動約束；
[0009]步驟102:在所述車體的長度方向上向所述有限元模型施加外力作用，查看每個所述枕梁上的支座反力；
[0010]步驟103:若所述枕梁的支座反力為拉力，則釋放所述枕梁的垂直方向平動自由度并重復步驟102 ;若所有所述枕梁的支座反力均不為拉力，以這時計算出來的車體應力作為模擬結果。
[0011 ] 通過釋放枕梁繞車體橫向方向的轉動約束使其可轉動并釋放枕梁上的拉力約束，在模擬計算過程中，車體受力作用時，枕梁可以改變其與支撐工裝的接觸狀態，相對支撐工裝發生轉動或完全脫離工裝，非常真實地反應車體受力時的形變特性和強度特性，為設計階段分析設計合理性提供了可靠的指導。
[0012]可選的，釋放所述枕梁繞車體橫向方向的轉動約束具體為:在所述枕梁下側創建轉動軸；所述枕梁繞所述轉動軸轉動。
[0013]可選的，每個所述枕梁具有兩個支撐面；以每個所述支撐面下側中央一點為轉動節點；每個所述枕梁的兩個所述支撐面對應的轉動節點連線形成所述轉動軸；所述支撐面上節點和所述轉動節點間建立的剛性單元繞所述轉動軸轉動。
[0014]將轉軸動設置在枕梁外側，并將枕梁虛擬拓展到剛性單元，更為真實地模擬了實際測試過程枕梁和測試工裝的接觸特性，提高了計算的真實程度。
[0015]可選的，以所述轉動節點為主節點、以所述支撐面的節點為從節點，采用主從節點方法建立每個所述支撐面對應的所述剛性單元。
[0016]可選的，采用多點約束方法建立每個所述支撐面對應的所述轉動節點和所述支撐面的節點間的約束關系，建立所述剛性單元。
[0017]可選的，所述轉動節點位于所述支撐面下方5mm-50mm范圍間。
[0018]可選的，限制與支撐所述車體的兩個轉向架橫向固定連接的兩個所述枕梁在車體橫向方向的平動自由度。
[0019]因實際車體安裝在轉向架上需要限制車體部分枕梁相對于轉向架的橫向移動，可更為真實地模擬車體運行過程中過彎道的運動特性和受力特性。
[0020]可選的，約束所述車體長度方向的一個端面的平動自由度，在所述車體長度方向的另一端面向所述車體施加所述外力。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明實施例需要進行強度計算的多枕梁車體俯視圖；
[0022]圖2為本發明實施例需要進行強度計算的多枕梁車體主視圖；
[0023]圖3為圖2中第二枕梁區域放大圖。
[0024]圖4為本發明實施例對車體強度計算的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0025]為使本領域技術人員更好的理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0026]圖1為本發明實施例中需要進行強度計算的多枕梁車體俯視圖，從圖1中可看出需要進行強度計算的車體I具有六個枕梁，六個枕梁沿車體I的長度方向平行布置于車體I底部；本實施例中需要進行強度計算的多枕梁車體I為磁懸浮列車車體，設置較多枕梁可使得磁懸浮列車整體更為平直，保證了懸浮狀態下的平穩性。通過簡單的分析可以想到，本實施例中的多點支撐車體也可為傳統的輪軌列車車體，特別是需要承受較大單位載重負荷場合的重載機車車體。
[0027]圖2為本發明實施例需要進行強度計算的多枕梁車體主視圖，可看出每個枕梁2均通過兩側的支撐面連接裝置支撐在可進行強度測試的測試工裝上；圖2左側為車體I的車頭方向、右側為車體I的車尾方向，從左側向右側分別為第一枕梁、第二枕梁、第三枕梁、第四枕梁、第五枕梁和第六枕梁。
[0028]由圖1和圖2可看出，為方便對車體方向進行定位和后續的強度模擬計算，本實施例以車體I長度方向為X軸、車體I寬度方向為Y軸、車體I高度方向為Z軸形成三維直角坐標系。
[0029]圖3為圖2中第二枕梁區域放大圖，以下對本實施例中的強度模擬計算方法主要以第二枕梁作為對象進行描述。
[0030]如需對車體的強度進行模擬計算，需要采用有限元分析的方法對車體模型進行分割劃分形成網格模型，并在車體端部施加和實際測試中所施加的力相同的虛擬外力，計算出實際可能出現的變形情況和應力情況。由于多枕梁結構的車體形成超靜定支撐結構，實際測試中可能出現部分枕梁脫離測試工裝的情況，為確保仿真計算情況和現實測試情況盡可能一致性，需要考慮模擬超靜定支撐結構測試過程中的部分枕梁與測試工裝脫離的情況。因此，需要考慮在測試過程每個枕梁會相對于測試工裝發生旋轉的可能性以及枕梁脫離測試工裝的可能性，為此本發明的多枕梁2支撐車體I的強度模擬計算方法包括以下步驟。
[0031]步驟101:對車體I進行網格劃分，形成有限元模型；限制所述車體I的枕梁2在Z方向的平動自由度并且釋放枕梁2繞Y軸旋轉的自由度。
[0032]這一步驟是進行模擬計算前對車體I進行有限元網格劃分的過程，并根據實際測試過程中枕梁2與測試工裝接觸變形情況對計算模型的約束進行設置。
[0033]步驟102:在車體I的長度方向上向有限元模型施加外力作用，對車體進行靜強度計算，然后查看每個枕梁2上的支座反力。
[0034]具體的，在本發明實施例中，限制車體I尾部的車鉤安裝部位的X方向自由度，并在車體I頭部的車鉤安裝部位施加外力作用進行模擬計算。車體I強度測試分為壓縮測試和拉伸測試，因此外力作用可為拉力也可為壓力；外力的方向應當沿X軸方向上。
[0035]本實施例中進行