基于AAR标准的米轨矿石车车体强度分析

赵铁++刘春林

摘 要：该文介绍了米轨矿石车车体结构及有限元模型，根据AAR M-1001-2007《货车设计制造规范》规定的计算工况，利用ANSYS软件进行了车体结构强度分析，计算分析结果表明，米轨矿石车车体结构强度满足AAR标准的要求。

关键词：米轨矿石车 车体结构 强度 AAR标准

中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（c）-0090-01

米轨矿石车是中国北车集团沈阳机车车辆有限责任公司为澳大利亚塔斯马尼亚铁路公司设计的。为了确保车体钢结构具有足够的强度和刚度，需对车体结构按北美铁道协会标准AAR M 1001-2007《货车设计制造规范》进行有限元分析。

1 主要技术参数

见表1。

2 主要结构

该车车体为有中梁、侧壁承载、平地板全钢焊接结构，具有自重轻，容积大的特点。主要由底架组成、端墙组成、侧墙组成、车顶组成等部件组成。底架组成由中梁、大横梁、枕梁、纵向梁及地板等组焊而成。采用冷弯中梁，后从板座为组焊式结构；枕梁为双腹板箱形变截面结构，横梁为单腹板工字形组焊梁，与侧柱相连的补强板组焊，其他位置的纵向梁为压型槽钢，连接梁为压型角钢；底架枕梁处设置垫板及吊板。侧墙由上侧梁、侧柱、连接梁、补强板和侧板等组成，上侧梁为冷弯矩形方管，连接梁为冷弯角钢，侧柱为槽形冷弯型钢。端墙由上端梁、横带、角柱、端立柱和端板等组成，上端梁为冷弯矩形方管，横带和端立柱为型钢，角柱为压型角钢。

3 有限元模型

采用ANSYS软件，按照车体的结构尺寸，简化了圆弧、小筋板及倒角不影响结果的一些细节，建立1/2车体几何模型，并采用Shell181单元对车体几何模型进行离散。心盘、旁承处为车体垂向承载位置，为准确模拟转向架刚度，避免人为应力集中，在承载位置建立Beam4梁单元和Combin14弹性单元。

4 载荷工况

根据用户的铁路运输技术要求，米轨矿石车静强度参照AAR M 1001-2007的规定进行计算，计算载荷如下。

4.1 垂向载荷

垂向载荷主要包括皮重和货物载荷。

在额定载重57.2 t的基础上，再加上车体皮重7.8 t后，垂向载荷为637.65 kN。

4.2 牵引载荷

根据AAR M-1001-2007 4.1.8条标准，牵引载荷确定为1560 kN。

载荷以压力的形式沿车钩中心线作用于前从板座上。

4.3 缓冲载荷

根据AAR M-1001-2007 4.1.8条标准，将缓冲载荷确定为1560 kN。

载荷以压力的形式沿车钩中心线作用于后从板座上。

4.4 车端压缩载荷

根据AAR M-1001-2007 4.1.9的要求，4450 kN载荷以压力的形式沿车钩中心线作用于后从板座上。

4.5 横向力（散粒货物侧压力）

侧墙和端墙上的横向压力载荷是采用Coulomb公式计算的。

忽略壁摩擦

AAR M 1001-2007中规定，对车体受到的纵向拉伸压缩载荷、垂向载荷和横向力的组合工况进行强度校核（表2），且车体结构最大应力不得超过材料屈服极限以及强度极限值的80%。

5 静强度计算

车体在各工况载荷作用下总体及部件的最大应力值及出现的位置见表3。可以看出，车体最大应力发生在工况2，其最大应力点位置及周边应力分布。计算结果表明，车体在各个工况下节点最大应力均小于材料的许用应力，静强度满足AAR标准要求。

6 结语

根据AAR M 1001-2007规定的载荷工况对米轨矿石车进行了静强度分析，计算结果如下：

（1）拉伸工况时，冲击座与底架端部连接处应力较大，应予以关注；

（2）车体结构方案的总体结构及其部件的静强度均满足AAR标准的要求。

参考文献

[1] AAR M 1001-2007，Design，fabrication and construction of freight cars [S].

[2] 洪庆章.ANSYS学习范例[M].北京：中国铁道出版社，2002.

[3] 丁科，陈月顺.有限单元法[M].北京：北京大学出版社，2006.endprint