第八章 车辆构强度设计与分析.ppt

第八章 车辆结构强度设计与分析 概 述 结构强度 是车辆实现运行高速、安全、耐久和可靠的保障 车辆强度设计与分析内容： 1.分析与确定结构在运用中所受到的各种载荷及其组合作用。 2.采用有效的技术对给定结构进行强度设计与分析。 3.确定结构在满足车辆运输安全及耐久性的要求下，对结构 强度进行评估的方法。 第一节 车辆强度设计内涵及其技术进展 机械强度安全理论及其进展 静强度破坏 发展材料强度理论，得出材料力学、弹性力学、塑性力学等。 强度理论特点： （1）承受静载荷作用； （2）材料性能均匀、各向同性、连续的； 安全系数 考虑结构所用材料可能存在缺陷和其它不确定因素时，保证机械零件有足够的安全储备量。 设计准则 最大工作载荷下的工作应力不超过制造零构件的极限应力。取值n=1~10。 第一节 车辆强度设计内涵及其技术进展 传统的强度理论不适用于含裂纹和缺陷材料及复合材料的零构件；不适用于循环随机载荷作用下的结构。 机械史表明：工程中绝大多数机械是在动载荷作用下工作的，疲劳破坏普遍存在于各种机械中。 现代机械强度理论 除传统弹塑性理论，发展应用动强度理论、疲劳与断裂理论以及材料非线性、几何非线性和接触非线性理论。 第一节 车辆强度设计内涵及其技术进展 2. 轨道车辆结构强度分析内涵 功能要求 （1）承受使用期间可能出现的各种载荷与变形，并具有良好的工作性能。 （2）在正常维修和保养条件下，具有足够的使用耐久性。 （3）在偶然事件发生时（如脱轨、撞击等），能保持必须的整体结构稳定性。 三点概括：“工作适应性、使用耐久性和事故安全性”。 总体来说，轨道车辆的安全性主要体现性能安全和结构安全。 结构安全 依靠强度设计保证。 第一节 车辆强度设计内涵及其技术进展 轨道车辆结构强度问题： 1）结构静力破坏。 2）疲劳失效 3）结构动态特性设计不良引起的共振。 4）意外事故引发的结构失效。 四个方面构成了现代轨道车辆强度设计所需的四种类型 ① 静强度（刚度）分析 ② 疲劳强度分析 ③ 模态分析 ④ 耐撞击安全防护设计与分析 第一节 车辆强度设计内涵及其技术进展 轨道车辆结构分析技术经历了一个随着结构设计技术不断发展的历程。 传统的工程结构分析 在材料力学和结构力学基础发展。 近三十年，结构有限元分析。 近些年，非线性有限元突破性进展， 几何非线性有限元为薄壳结构的大位移小应变问题和橡胶类材料的大应变问题探索了解决方法。 材料非线性问题，结构低周疲劳和蠕变问题有限元，在高温状态，结构的疲劳寿命估算。 有限元软件 美国国家航空与宇航局研制NASTRAN软件 美国Swanson公司开发的ANSYS软件以及ABAQUS、 LS-DINA等软件。 第二节 轨道车辆工作载荷 载荷参考我国《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》。 1. 垂直载荷 1）车体自重 车体结构的重量，及安装于车体上其它零件、部 件和固定设备重量。 2）车辆载重 对客车，乘员及行李重量；对货车，货物重量。 在评定车体强度时， 旅客列车载重按乘客重量计算，载客人数按座席数，在考虑站立人数。 货车载重按标记载重，沿地板面积均布。 第二节 轨道车辆工作载荷 铁路客车载重 旅客、乘务人员的重量等，旅客及行李重量按车辆容纳人数算。 铁道车辆强度规范规定，座车容纳人数分两种考虑： 长途客车，按座位总数+50%超员计算，每一旅客及行李质量之和取80kg。 市郊客车，按座位总数加站立人数计算，站立人数=7人/平方米，每一旅客及行李质量之和取65kg。 卧车 容纳人数按卧铺总数计算，每一旅客及行李质量之和取90kg。 第二节 轨道车辆工作载荷 城市轨道车辆一般额定站立人数按每平方米地板自由面积站立6人计， 超员定额可按9人/m2计算， 人均质量计为60kg。 第二节 轨道车辆工作载荷 3）客车整备重量 指设备的辅助重量。内燃动车组燃油，客车 用水以及餐车的餐料和食品等重量。 第二节 轨道车辆工作载荷 fst —车辆在垂直静载荷下的弹簧静挠度； v —车辆的构造速度； a —系数，簧上部分（包括摇枕）取值为1.50， 簧下部分（轮对除外）取值为3.50； b — 系数，取值为0.05； c — 系数，簧上部分（包括摇枕）取值为0.427， 簧下部分（轮对除外）取值为0.569； d —系数，货车取值为1.65，客车取值为3.0。 第二节 轨道车辆工作载荷 3. 纵向力 当列车起动、变速、制动和调车作业时，在机车与车辆之间以及车辆与车辆之间所产生的牵引或压缩冲击力。 纵向力大小 与机车的功率、列车重量、运行速度、制动机性