基于Ansys的鋁合金地鐵座椅骨架有限元分析

常龍　陳安江 李喜成

摘要：文章主要是分析了鋁合金A型地鐵車體結構特點，在此基礎上以A性地鐵車體結構為主要的研究對象，然后應用到有限元分析軟件ANSYS對力學承載特性進行了分析，望可以為有關人員提供到一定的參考和幫助。

關鍵詞：A型地鐵;車體結構;ANSYS;強度

當前城市化的發展進程加快和城市人口逐漸增多，城市中人們的出行壓力增大。為此，舒適便捷的城市軌道交通是當前大中型城市中公共交通體系中重要的組成部分。鋁合金a型地鐵列車有著空間大、強度高等的優勢，在城市軌道交通建設中占據很大的比例。

1.鋁合金A型地鐵車體結構特點

鋁合金A型地鐵車體采用鼓形整體承載式結構，由大型中空的薄壁鋁合金型材組焊而成，主要分為底架、側墻、車頂、端墻和司機室五大模塊，如圖1所示。底架模塊由地板、邊梁、端梁和牽枕緩等零部件組成，為車體絕大部分電氣設備提供安裝接口。側墻模塊由一位側墻和二位側墻兩部分組成，對稱分布在車體兩側。車頂模塊采用高低頂結構，由平頂、圓頂和車頂邊梁等零部件組成，平頂結構可為空調系統提供安裝接口。端墻由端墻板、門立柱和梁等零部件組成，可為貫通道提供安裝接口。司機室由玻璃鋼外罩和司機室骨架等零部件組成，采用流線型設計，安裝在頭車前端，其端部設有碰撞吸能區，在列車發生碰撞時此區域變形，吸收撞擊產生的能量保證乘客的生命安全。鋁合金A型地鐵車體采用輕量化設計，有效減輕車體重量的同時具有很好的隔音隔熱性能，并且能夠承受不同工況下產生的橫向、縱向及垂向載荷。

2.鋁合金B型地鐵車體結構特點

鋁合金B型地鐵車體由大型中空鋁合金型材組焊而成，為鼓形整體承載結構，能夠承受垂直、縱向、橫向、扭轉等載荷。車體組成采用模塊化設計，主要由底架、側墻、車頂、端墻及司機室等模塊組成，各大部位之間通過焊接的方式連接起來，使得車體具有很好的防振、隔音效果。由一、二位端牽枕緩、地板、邊梁、端梁等部件組成。底架的設計充分考慮車輛的被動安全性能，為提高列車吸收撞擊能量的能力，除加大列車車鉤緩沖系統能量吸收能力外，頭車底架在司機室前端所對應的位置設有底架前端模塊，并且設有撞擊能量吸收變形區。在首尾車司機室端底架處設有防爬裝置，防止兩列車發生沖撞時產生爬疊。側墻是由一、二位側墻構成，側墻帶盲窗。兩側側墻對稱排布，每側側墻由五塊側墻模塊組成，每塊側墻模塊由側墻型材和門立柱組成。側墻最寬處為2750mm，在滿足車輛限界同時最大限度地增大車輛的載客量。門角和窗角為應力集中區，在設計時采用了側墻板窗口整體加工的方式，窗角處圓滑過渡，在門角區域采用整體加工圓弧過渡，保證焊縫避開門角應力集中區。車頂主結構由平頂組成、車頂邊梁組成、圓弧頂組成拼焊而成，采用高低頂結構。型材壁厚考慮輕量化的設計，并在空調安裝座的位置加厚，來滿足空調安裝座的焊接和安裝強度要求。在車頂型材上設置有沿車長方向上的通長防滑走行立筋，保證車頂設備維護時走行安全。車頂邊梁型材外側設置有一體式雨檐，引導積水從車體兩端排水管排出。端墻是由兩根門立柱、一根門上橫梁、端墻板組成。門立柱以及門上橫梁組焊成一個骨架結構，外側焊接端墻板。端墻板采用12mm厚的寬幅鋁板材拼焊而成，端墻板外側輪廓與側墻外側輪廓匹配。考慮平頂排水，在端墻上部設置排水口。端墻結構能夠滿足貫通道機構安裝的結構要求。司機室骨架采用鋁型材拼焊形成整體骨架結構，端部設置周圈彎曲連接梁，此連接梁與車體之間采用螺栓連接。司機室骨架的下部立柱設置有連接板，連接板與底架前端直接采用螺栓連接，玻璃鋼外罩通過螺栓固定在司機室骨架上。

3.鋁合金A型地鐵車體有限元模型

鋁合金A型地鐵車體結構主要采用4節點等參薄殼單元模擬主體結構，用質量單元模擬附加結構的質量以及分布位置，并通過RIGID單元或RBE3單元及其相鄰的有限元結構連接，在下門角補強部位等結構采用六面體實體單元模型[1]。殼單元的尺寸（長度）在大多數的結構部件中的典型長度約為15-20mm，在細化區域則小一些，長度約為4-6mm。本車體有限元模型單元總數為3843409，節點總數為3260943。

4.缺陷長度變化對漏磁場的影響

利用ANSYS有限元分析軟件的后處理器來定義路徑，提取規定路徑上的磁場分布情況，改變缺陷長度來分析其對磁感應強度的空間漏磁場分布的影響，由于周向分量始終沒有明顯變化，所以我們提取路徑上獲得缺陷磁場磁通量密度的徑向和軸向分量。設定缺陷長度變化范圍1～21mm。當缺陷的深度一定時，磁感應強度軸向分量的谷間距離隨著缺陷長度的增大而增大，所以谷間距同缺陷的長度存在固定的關系。軸向曲線由單峰變為雙峰，且峰值越來越小。

5.結束語

文章主要是依照ANSYS仿真結果對缺陷尺寸和提離職各自對磁場的影響，結果表明在缺陷長度固定的時候磁感應強度軸向分量分支會依據缺陷的深度而發生變化。

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