A型地鐵車體結構疲勞壽命分析

王亞平，錢凱杰，邢宗義，蘇釗頤

（1.南京理工大學機械工程學院，江蘇南京 210094；2.南京理工大學自動化學院，江蘇南京 210094；3.廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州 510335）

1 引言

由于近年來我國軌道交通發展迅速，地鐵使用頻率日益增加，地鐵行車安全性越來越為人們關注。

為滿足輕量化和造型要求，地鐵車體大量采用鋁合金材料和大型空間框架結構，因此容易產生局部應力集中或共振；大量設備外掛于車體底架，重量往往達普通客車的10倍以上[1]；隨著地鐵運行速度的提高，車體既要承受來自軌道的高頻激勵、又要承受自然界風力等側向載荷。因此地鐵車體產生疲勞破壞故障的概率也大大增加。

在運維時對地鐵車體的壽命進行實時監測與動態管理，在設計時對車體疲勞壽命進行分析、預測與優化，對于保證地鐵安全運行及減少運維成本具有重大意義。

目前，結構疲勞壽命評估的主要方法中：傳統疲勞壽命評估方法采用材料S?N曲線和線性疲勞累積損傷理論，計算效率高，適用性廣[2]；基于斷裂力學的疲勞壽命分析方法，考慮了結構的初始缺陷，更符合結構實際情況，但需將初始參數作為確定量考慮，使得結果存在較大的不確定性[3]；損傷力學尚處在發展階段，其工程實際應用還有待探索。

另一方面，為了加快分析效率和實現結構優化，人們也在嘗試采用代理模型進行了疲勞壽命的預測[4?5]。

以A型地鐵車體為研究對象，基于FE?SAFE軟件采用傳統疲勞壽命評估方法獲得了在特定工況下的疲勞壽命，分析得到了不同影響因素下的車體關鍵結構和位置的疲勞壽命，采用不同代理模型對車體關鍵結構和位置的疲勞壽命進行擬合與預測，驗證模型的擬合程度。……