动车组行李架的受力及试验研究

所属分类：建筑论文阅读次时间：2019-11-22 10:46

本文摘要：摘要：动车组行李架是在动车内部起着重要作用的一种结构，利用Creo3.0软件对行李架整体结构模型进行三维设计。通过ANSYSWorkbench17.0对行李架模型的结构静力学分析，得到行李架的总变形云图。对行李架进行实际的静加载试验，验证行李架静力学分析的可靠性。

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　　摘要：动车组行李架是在动车内部起着重要作用的一种结构，利用Creo3.0软件对行李架整体结构模型进行三维设计。通过ANSYSWorkbench17.0对行李架模型的结构静力学分析，得到行李架的总变形云图。对行李架进行实际的静加载试验，验证行李架静力学分析的可靠性。利用电动振动试验系统对行李架进行一系列的振动测试试验，验证行李架的试验可靠性及投入生产的可行性。

　　关键词：行李架,静力学分析,静加载试验,振动测试试验

铁道车辆

　　0引言

　　动车组行李架是在动车内部起着重要作用的一种结构，其功能主要是对乘客的行李进行放置及存放。动车组行李架主要可以分为3个部分：前部托架、隔板以及框架。前部托架与隔板之间主要通过螺栓连接，框架与外部动车也通过螺栓进行连接[1]。行李架具有高强度，良好抗震性以及寿命较长等优点，同时也存在设计过量等缺陷[23]。

　　轻量化设计成为了动车组行李架设计的一个重要的研究方向。在满足测试试验要求的前提下，能够使行李架足够轻量，不仅可以减少材料的浪费，同时能够较大程度的减小行李架的质量，从而可以一定程度的减小动车的整机质量。通过Creo3.0中设计结构方案，不断优化设计，设计完成后通过对行李架用国标的相关检验标准进行试验研究，再针对发生的问题进行再次优化，最终得出满足要求的动车组行李架。

　　1行李架结构

　　对于行李架的结构，选择的材料既要有足够的强度，同时应该具有合适的刚度。行李架的2个托架间的跨距也尤为重要，在设计过程中应该考虑行李架在中部的变形。利用Creo3.0对行李架整体结构模型进行三维设计，参照动车组常用行李架的基本参数进行优化设计，并在建模过程中，将不必要的设计特征、较小的圆角、小孔等去除[45]。

　　2行李架静加载试验分析

　　在Creo3.0软件中建立新设计的动车组行李架，在ANSYSWorkbench17.0中进行结构静力学分析，初步判定结构设计的合理性[6]。通过实际的试验分析，验证理论分析的可靠性及设计的合理性。网格划分的好坏对分析结构的可靠性起到了关键的作用[7]。不同程度的网格划分会影响结构的分析精度，而在网格划分时，对于单元数量以及划分精度的控制也决定着网格划分后的网格质量[89]。

　　对该简化后的模型进行划分网格后的Nodes数为819479个，Elements为356799个。按照行李架结构自身的特点以及所选择的求解器，通过MeshMetric中的ElementQuality对行李架的网格质量进行评估。将模型的螺栓孔固定，按照1000N/m的标准施加在行李架的受力面上，进行静力学分析，得到最大变形量为18.317mm，另2个观测点的变形量分别为7.078mm及6.9675mm。

　　再在行李架的中间部位集中加载850N的作用力，可得到最大变形量为25.882mm，另2个观测点的变形分别为9.5063mm及9.4101mm。根据设计的要求，该变形量符合设计要求，同时满足了轻量化设计。根据Creo3.0中设计的行李架的三维图，进行生产加工，得到行李架的成品。对行李架进行静加载试验，首先按照1000N/m的标准施加在行李架的钢化玻璃上，再进行850N的集中载荷的施加。

　　对静力学分析中的受力点进行实际的测量。通过实际的静加载试验得到试验数据，行李架的变形量能较大程度的与静力学分析吻合，从而验证了运用ANSYSWorkbench17.0进行静力学分析的理论的可靠性，同时行李架的变形量符合行李架的设计要求。

　　3行李架振动试验分析

　　运用DCS1200012012电动振动试验系统，对动车行李架分别进行模拟长寿命试验、冲击试验及功能性随机振动试验，对试验后的行李架进行分析，从而验证行李架的试验可靠性及投入生产的可行性。振动试验：试验按GB/T21563—2008条款9中Ⅰ类A级条件进行。

　　当质量犿<500kg，犳1=5Hz，犳2=150Hz。冲击试验用来模拟产品使用过程中偶然情况。试验按IEC61373—2010中Ⅰ类A级进行。(冲击波形为半正弦波)。对动车行李架在振动试验台上分别进行了垂向、横向、纵向的振动试验分析，得到垂向模拟长寿命、冲击正试验、冲击负试验;横向模拟长寿命、冲击正试验、冲击负试验、功能性随机试验按照垂向试验进行相应试验;纵向模拟长寿命、冲击正试验、冲击负试验、功能性随机试验也按照垂向试验进行相应试验研究。

　　根据试验结果分析，行李架满足测试标准，试验数据真实可靠，对振动试验后的行李架进行外观检查，无结构性损伤。通过一系列振动试验的测试，可证明动车行李架的设计符合实际的标准，并可以投入生产使用。

　　4结语

　　基于现有的行李架，对动车组行李架进行了重新的优化设计，进行了模型的建立。通过对行李架模型的结构静力学分析，又对行李架进行实际的静加载试验，验证了行李架符合设计的要求。对行李架一系列的振动测试试验，验证了该行李架符合投入生产使用的条件。该行李架的设计，优先通过软件进行轻量化设计及模型的模拟试验，再进行试验研究，能提高效率，节约成本。

　　参考文献

　　[1]张开林，周春平.高速机车构架拓扑优化仿真[J].交通运输工程学报，2009，9(6)：4246.

　　[2]王晓明，宋晓文，刘德刚，李志国.动车组行李架支座结构拓扑优化设计[J].铁道车辆，2013，51(2)：1115.

　　[3]王石付，鲍四元，杨红丽.动车组3人座椅底架的结构分析及优化设计[J].常州工学院学报，2011，24(6)：15.

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