對某動車組污物箱的聯接螺栓強度進行非線性有限元分析

劉德壯

（吉林鐵道職業技術學院，鐵道車輛學院，吉林 132000）

動車組污物箱作為車下設備的組成部分，通過聯接螺栓與車體底架結構進行連接，聯接螺栓的強度性能直接影響動車組運行的安全性，因此需要對污物箱聯接螺栓進行接觸非線性有限元分析。

1 基本算法

對污物箱聯接螺栓進行靜強度分析時，需要保證其應力值小于材料的許用應力[1]，即式1所示：

式中[σ]為許用應力值；σs為對應材料的屈服極限；σ為車體各部件的計算應力值或試驗應力，n為安全系數。

污物箱聯接螺栓的材料參數如表1所示：

表1 污物箱材料參數表

2 動車組設備艙結構靜強度分析

2.1 有限元模型

在Hypermesh仿真軟件中采用實體單元與接觸單元結合的方法對聯接螺栓進行建模，利用該方法進行螺栓聯接模擬時，不僅能夠較準確地反映螺栓的預緊力、摩擦、滑移等影響同時還能夠反映接觸、屈服等非線性特性，計算結果的準確性較高[2]。

有限元分析模型如圖1和圖2所示：

2.2 載荷及邊界條件

根據EN12663：2010標準[3]中附屬設備的載荷工況規定，在計算工況中選取主要的二種靜強度工況，如表2所示：

表2 污物箱聯接螺栓強度分析工況

位移約束為與污物箱連接的車體底架斷面約束為 x=0，y=0，z=0。

2.3 靜強度分析結果

采用ANSYS分析軟件對污物箱的聯接螺栓進行非線性有限元強度分析。其強度分析最大結果如圖3、圖4所示：

圖3 載荷工況一作用下應力云圖

圖4 載荷工況二作用下應力云圖

如圖3、圖4所示，在載荷工況一和工況二作用下，該污物箱聯接螺的最大Von.Mises應力分別為496MPa和481MPa，最大應力發生在螺栓桿上。

3 結語

根據ANSYS分析軟件有限元分析計算結果，在二種載荷工況作用下，該污物箱聯接螺栓的最大Von.Mises應力均小于螺栓的屈服強度640MPa。因此二種工況下污物箱聯接螺栓接觸強度均滿足設計要求。