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C70铁路敞车车体强度仿真及可靠性分析

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:93      更新时间:2021-09-10

马思群1,孙雅琪1,李〓健1,苏〓航2,王涛涛1
(1.大连交通大学机车车辆工程学院,辽宁 大连〓116028)
(2.大连交通大学网络信息中心,辽宁 大连〓116028)
摘要:铁路运输在当今的大宗货物运输中起着重要作用。敞车车体是货车的主要组成部件,所以对其进行强度和可靠性评估就显得尤为重要。对敞车车体进行了有限元建模,根据TB/T 1335—1996标准确定载荷工况,通过ANSYS对其进行了不同工况下的静强度与自由模态计算;基于ANSYS/PDS模块,利用蒙特卡罗法对车体等效应力最大工况进行了静强度可靠性及灵敏度分析。结果表明:车体的静强度指标满足许用要求;模型在频域上表现正常;许用应力对其静强度的可靠性影响最大。
关键词:C70车体;可靠性;模态分析;蒙特卡罗法;灵敏度分析
中图分类号:TB24;TB391.9〓〓文献标识码:B〓〓文章编号:2095-509X(2021)07-0015-04

随着时代和科学技术的飞速发展,人们对于铁路机车车辆的性能指标、运用和维护的可靠性提出了越来越高的要求,而产品的可靠性直接影响其工作效率[1。 车体是铁路货车实现货物运输的核心部件,它直接承受着来自货物的各种载荷,为了更安全、高效地实现货物的运输,有必要对其进行可靠性评估[2-3]。 
〖JP2〗C70型通用敞车是我国为了适应运输的多种要求而设计的多用途敞车,主要用来运输木材、煤炭、车辆、货柜等货物,载重70 t的C70敞车的投入运行极大地提高了我国铁路运输货物的能力[4]。
某公司在开发C70型敞车初期,仅以同类车型的基本参数为参考,没有考虑板材加工过程中板材厚度变化和使用过程中板材厚度的磨损、车身载荷的复杂性、实际制造过程中材料属性的多样性等因素的影响,实际上这些因素变化符合一定的分布规律。有鉴于此,本文首先建立了车辆几何模型(为减少计算规模,本文以半车模型为计算对象),根据TB/T 1335—1996标准计算不同条件下车体静强度;然后通过ANSYS软件,采用蒙特卡罗法对车体进行了可靠性及灵敏度分析。
1〓车体的静强度分析
1.1〓车体施加的载荷说明
C70型敞车车体的主要材料为Q450钢,其屈服强度为450 MPa,取许用安全系数为1.2,通过计算可得许用应力值为375 MPa。
1)垂向载荷。
①垂向静载荷Pj。

Pj=(车辆载重+车辆自重-转向架质量×2)×9 800=787 920(N)

半车的垂向静载荷=787 920/2=393 960(N)
②垂向动载荷系数Kd。

Kd=〖SX(〗1〖〗fj〖SX)〗(a+bv)+〖SX(〗dc〖〗〖KF(〗fj〖KF)〗〖SX)〗
〖JY〗(1)

式中:fj为车辆在垂向静载荷下的弹簧静挠度;v为车辆的设计速度;a,b,c,d为系数。
已知,fj=42.8 mm,v=120 km/h,a=1.5,b=0.05,c=0.427,d=1.65,
计算可得Kd=0.283。
③垂向总载荷Pd。

Pd=Pj×(1+Kd)
(2)

代入数据得Pd=1.01×106 N。

2)纵向载荷。
根据标准TB/T 1335—1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》,C70铁路货车各个工况下施加的纵向载荷取值如下:
第一工况拉伸力,纵向载荷为1 125 000 N;
第一工况压缩力,纵向载荷为1 400 000 N;
第二工况压缩力,纵向载荷为2 250 000 N。
基金项目:国家重点研发计划资助项目(2016YFB1200505);大连市科技创新基金资助项目(2020JJ27FZ126)
作者简介:马思群(1969—),男,教授,博士,主要研究方向为车辆结构抗疲劳设计, 251437650@qq.com.

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