悬挂式单轨车体强度分析

悬挂式单轨是一种行驶在空中的新型现代城市交通形式，它的转向架在车体上方，放置于下方的开口轨道梁内

。它具有造价低、节约土地、载客量大、噪音低、爬坡能力高、节能环保，环境友好、可拆卸和重复利用、适应地形能力强等特点，在我国大量的旅游城市中具有广阔的应用前景

。

大数据背景下，企业的地理位置之间的竞争优势逐渐降低，上级政府部门也逐渐取消了很多的保护政策，这给我国企业的发展带来了巨大的挑战。企业在管理的过程中，最基本的就是要实现对数据的合理分析，并为之所用，以此来实现企业数据信息的有效对接。大数据背景下，积极地创新优化企业管理模式，不仅能够有效地降低企业管理成本，而且还能够在很大程度上促进企业竞争力的提升。

目前国内的悬挂式单轨交通项目较少，有意或者正在建设的项目有贵州安顺黄果树、陕西韩城、长沙大王山和成都大邑

，因此悬挂式单轨的研究相对偏少，文献[3,4]对悬挂式单轨交通的发展现状和应用适应性开展了研究；中车青岛四方所的康兴东等

介绍了德国悬挂式单轨的情况；西南交通大学针对悬挂式单轨车辆的曲线通过能力和动力学性能开展了较多的研究

；西南交通大学的戴鑫亮等分析了悬挂式单轨车辆的摇枕强度

;西安铁路职业技术学院的刘莉等分析了悬挂式单轨车辆中心销的强度和刚度

；中车南京浦镇的张弛等对悬挂式单轨车辆车体强度评估工况开展了研究，制定了其静强度、疲劳强度和刚度评估方法

。

本文针对某悬挂式单轨车辆中间车车体结构，依据欧洲标准EN 12663-1: 2010+A1:2014《铁路应用—铁路车辆车身的结构要求—第1部分：机车和客运车辆》进行静强度、疲劳强度和模态的分析与评价，采用BS EN 1999-1-3 Eurocode 9: Design of aluminium structures-Part 1-3: Structure susceptible to fatigue标准对焊缝进行疲劳评价。

1 车体结构与有限元模型

与常规铝合金地铁车辆相似，悬挂式单轨车辆中间车车体结构也是由端墙、侧墙、车顶和底架焊接而成的承载结构。车体长度9630mm，最大宽度2400mm，车辆定距6900mm。车体各部位所用型材材料均为EN AW-6005A，板材材料均为EN AW-5083。材料基本力学性能如表1所示。整备状态下的车体质量7900kg，单个转向架质量3000kg，定员乘客重量5100kg，超员乘客质量6000kg。采用HyperMesh建模，由于整个车体的骨架结构主要为铝合金型材、板材等部件焊接结构，故该车体的有限元模型主要采用四节点四边形板壳单元quad4，部分采用三节点三角形单元tria3，施加载荷及约束部位采用刚性杆单元。网格平均尺寸为20mm，整个模型共有73.6万个单元，63.9万个节点。有限元模型如图1所示,有限元计算采用Optistruct。

2 分析工况和评定标准

2.1 分析工况

依据EN 12663-1: 2010+A1:2014《铁路应用—铁路车辆车身的结构要求—第1部分：机车和客运车辆》标准，悬挂式单轨车辆属于P-V等级。

静强度分析工况包括8个工况：①分析工况1：最大垂直载荷(1.3AW3)；②分析工况2：车钩纵向200kN压缩载荷+垂直载荷AW0；③分析工况3：车钩纵向150kN拉伸载荷+垂向载荷AW0；④分析工况4：车钩纵向200kN压缩载荷+垂向载荷AW3；⑤分析工况5：车钩纵向150kN拉伸载荷+垂向载荷AW3；⑥分析工况6：整车抬车；⑦分析工况7：三点支撑(一位端)；⑧分析工况8：三点支撑(二位端)。

在分析工况4的作用下，车顶缓冲梁型材的vonMises应力最大，数值为124.0MPa，该处为母材，小于型材的屈服强度200MPa，安全系数为1.61。该工况下，焊缝安全系数最小值为2.78，位置为端墙板与缓冲梁焊缝，vonMises应力数值为41.3MPa，小于焊缝的屈服强度115MPa。

2.2 评定标准

根据EN12663规定，车体在各工况下的最大von Mises应力应小于材料的屈服强度，并且安全系数大于等于1.15。若车体各工况会进行试验验证，则安全系数大于等于1。本文的安全系数要求为大于等于1。

对于疲劳工况，依据BS EN 1999-1-3: 2007 Eurocode 9: Design of aluminium structures-Part 1-3: Structure susceptible to fatigue标准对焊缝进行疲劳评价。焊缝疲劳应力范围(最大主应力和最小主应力)的绝对值应小于标准规定的疲劳极限。

为了校核车体结构刚度，在分析工况1下计算该车体的车顶边梁位移，根据《GB/T7928—2003地铁车辆通用技术条件》标准要求，其数值要小于车辆定距的1‰(6.9mm)。在没有车体位移约束的情况下，计算车体白车身和整备状态下的固有频率。

对传统市面上的此类机器人进行了细致的分析，并对第一代机器人Yellow-Bot进行功能上的改进与完善，将轨迹跟踪运用到机器人自动控制系统中，对环境传感器的检测值进行了PID及算法的稳定性改进，创新性地使用了自适应的两轮直立平衡底盘，以提高机动性与爬坡稳定性，并完善了上位机操作控制界面系统，提高了机器人的整体UI交互能力.本文将从机器人功能性入手对各模块设计.

3 计算结果

3.1 刚度计算结果

如图2所示，在分析工况1(最大垂直载荷1.3AW3)下，车体车顶边梁中部最大下挠3.26mm，该数值小于车辆定距的1‰(6.9mm)。因此，该车体的刚度满足《GB/T7928—2003地铁车辆通用技术条件》标准要求。

在给排水控制系统运行中，通过对PLC的引入与使用，也能为其数据采集方式的优化及效率的提高提供保障，具体表现为：

3.2 静强度位移计算结果

根据BS EN 1999，各疲劳工况下三号窗窗下角焊缝属于表J.7中的7.3.2类，其疲劳极限为21.5MPa。计算结果如表2所示，应力云图如图3所示。该焊缝在纵向疲劳工况时的疲劳应力范围绝对值最大，数值为20.1MPa，小于疲劳极限21.5MPa，满足标准要求。

根据BS EN 1999，各疲劳工况下一号门门上角焊缝属于表J.7中的7.3.2类，其疲劳极限为21.5MPa。计算结果如表3所示，应力云图如图4所示。该焊缝在纵向疲劳工况时的疲劳应力范围绝对值最大，数值为17.1MPa，小于疲劳极限21.5MPa，满足标准要求。

3.3 静强度应力计算结果

根据纸瓦楞管的轴向压缩变形曲线，可计算得到正三边形、正四边形、正五边形、正六边形的X向和Y向纸瓦楞管的缓冲吸能特性参数。表2和表3分别提供了管长110 mm的X向和Y向纸瓦楞管在12、48、72 mm/min 3种压缩速率条件下的缓冲吸能特性结果。

在分析工况2的作用下，车顶缓冲梁型材的vonMises应力最大，数值为123.9MPa，该处为母材，小于型材的屈服强度200MPa，安全系数为1.61。该工况下，焊缝安全系数最小值为2.79，位置为端墙板与缓冲梁焊缝，vonMises应力数值为41.2MPa，小于焊缝的屈服强度115MPa。

在分析工况3的作用下，车顶缓冲梁型材的vonMises应力与最大，数值为92.6MPa，该处为母材，小于型材的屈服强度200MPa，安全系数为2.16。该工况下，焊缝安全系数最小值为3.76，位置为端墙板与缓冲梁焊缝，vonMises应力数值为30.6MPa，小于焊缝的屈服强度115MPa。

疲劳分析工况包括3个工况：①分析工况1：垂向疲劳工况，载荷为垂向(1±0.15)g的加速度载荷；②分析工况2：横向疲劳工况，载荷为横向±0.15g的加速度载荷；③分析工况3：纵向疲劳工况，载荷为纵向±0.2g的加速度载荷。

3.4.2 一号门门上角焊缝

在分析工况6的作用下，抬车座与边梁焊缝的vonMises应力最大，数值为47.1MPa，该处为焊缝，小于焊缝的屈服强度115MPa，安全系数为2.44。该工况下，母材安全系数最小值为5.38，位置为车顶滑槽，vonMises应力数值为41.8MPa，小于母材的屈服强度225MPa。

在分析工况7的作用下，车顶滑槽型材的vonMises应力最大，数值为168.3MPa，该处为母材，小于型材的屈服强度225MPa，安全系数为1.34。该工况下，焊缝安全系数最小值为1.04，位置为抬车座与边梁焊缝，vonMises应力数值为110.7MPa，小于焊缝的屈服强度115MPa。

在分析工况8的作用下，车顶滑槽型材的vonMises应力最大，数值为152.3MPa，该处为母材，小于型材的屈服强度225MPa，安全系数1.48。该工况下，焊缝安全系数最小值为1.15，位置为抬车座与边梁焊缝，vonMises应力数值为99.7MPa，小于焊缝的屈服强度。

静强度应力计算结果满足EN 12663标准要求。

3.4 疲劳强度结果

根据疲劳计算结果选取危险点进行分析，具体结果如下：

现有区域金融风险研究更多属于根据历史资料的静态风险管理，通常忽略动态因素，或者为了简便处理建立在线性相关假设上。未来研究将更加契合经济系统开放而复杂的特点，充分考虑风险因素的动态变化，构建科学全面的指标。模型选择要多借鉴国外先进研究经验，根据我国情形进行适当改进，克服数据搜集的困难，对区域金融风险进行精细严密的研究。

3.4.1 三号窗窗下角焊缝

在分析工况1下，底架边梁下挠3.44mm，车顶边梁下挠3.26mm，整车最大下挠7.25mm。分析工况2-5为车钩类载荷工况，在此类工况下，底架边梁下挠2.68mm，车顶边梁下挠2.54mm，整车最大下挠5.60mm。分析工况6-8为抬车类工况，在此类工况下，底架边梁下挠2.75mm，车顶边梁下挠2.79mm，整车最大下挠11.1mm。

在分析工况5的作用下，车顶缓冲梁型材的vonMises应力最大，数值为92.5MPa，该处为母材，小于型材的屈服强度200MPa，安全系数为2.16。该工况下，焊缝安全系数最小值为3.78，位置为端墙板与缓冲梁焊缝，vonMises应力数值为30.4MPa，小于焊缝的屈服强度115MPa。

“家里养几只兔，种几棵果树，不能把一家人都绑这儿吧？”郭书凤心里的小算盘又打起来，一天，她对李贵说，“你和大儿子出去找活儿干，我自己在家就可以了。”

3.5 模态结果

分别对白车身和整备状态下的车体结构进行了模态分析。白车身状态下的车体一阶扭转、一阶垂弯和一阶菱形固有频率分别为13.81Hz、20.98Hz和23.17Hz。整备状态下的车体一阶扭转、一阶垂弯和一阶菱形固有频率分别为11.86Hz、12.85Hz和17.12Hz。

在分析工况1的作用下，侧墙窗立柱下方侧墙型材的vonMises应力最大，数值为80.8MPa，该处为母材，小于型材的屈服强度215MPa，安全系数为2.66。该工况下，安全系数最小值为1.53，位置为底架边梁与边梁焊缝，vonMises应力数值为75.1MPa，小于焊缝的屈服强度115MPa。

格力电器董事长兼总裁董明珠在“格力明珠产业学院”成立仪式上表示，“按照部署，格力电器到2023年营业收入要达到6000亿元。这需要大量的管理人才、技术人才和创新性人才。”

4 结论

本文依据EN 12663标准对悬挂式单轨中间车车体结构进行了静强度、疲劳强度和模态仿真，具体结论如下：

(1)在最大垂直载荷工况作用下，车顶边梁中部下挠小于车辆定距的1‰，该车体结构垂向刚度满足《GB/T7928—2003地铁车辆通用技术条件》的要求；

所有的故事都有雷同的情节，尤其是故事的开端。王树林和伍亦苒的相识乏善可陈。伍亦苒所在的公司是王树林公司的供货商，王树林作为最大的一家采购商自然享受着来自伍亦苒公司的巴结和讨好，供货和采购之间的关系千丝万缕，但宗旨只有一个：利润。为了在竞争中获得最大的利润，双方在私底下都有一套心照不宣的生财之道。如此，任何一方直接对应的联系人的改变便不足为奇了。半年前，伍亦苒便出现在王树林的电话号码薄中。

通过各种途径，以多种形式加强高等学校财务人员的培训，让财务人员了解《政府会计制度》的各项创新和所产生的重大变化，让全体财务人员全面掌握《政府会计制度》和《政府会计准则》的各项规定。同时，要求全体财务人员参与本单位多维科目体系的构建和财务会计和预算会计“平行记账”平台的搭建，要求财务人员结合《政府会计制度》尽快掌握权责发生制度下相关经济业务的会计核算方法。

(2)在所有车体静强度载荷工况作用下，该车体结构的vonMises应力均小于材料的屈服强度，最小安全系数为1.04，该车体结构的静强度满足EN 12663标准要求。

(3)在所有车体疲劳强度载荷工况作用下，该车体结构焊缝疲劳应力均小于BSEN 1999标准规定的疲劳极限，该车体结构疲劳强度满足EN 12663标准要求。

(4)该车体结构在整备状态下的一阶垂弯固有频率为12.85Hz，该数值符合设计要求。

因此，悬挂式单轨中间车车体结构的刚度、静强度、疲劳强度和模态结果满足EN12663标准和相关设计要求。

[1]李梁，等. 悬挂式单轨车辆的特点及应用[J]. 技术与市场，2017(12): 20-22.

[2]张弛，等. 悬挂式单轨车辆车体强度评估工况分析[J]. 机电信息，2019(12): 115-116.

[3]朱鹏飞.悬挂式单轨交通的发展现状与应用展望[J]. 现代城市轨道交通，2020(04): 96-100.

[4]宗君振.悬挂式单轨应用于旅游景区的适应性分析[J]. 价值工程，2020(05): 229-231.

[5]康兴东，等.德国悬挂式单轨系统的技术与应用[J]. 国外铁道车辆，2020(05): 1-7.

[6]许文超.悬挂式单轨车动力学性能研究[D]. 西南交通大学. 2014.

[7]刘雷雨.悬挂式单轨车辆动力学性能及动态包络线研究 [D]. 西南交通大学. 2018.

[8]李忠继，等.悬挂式单轨列车曲线通过性能分析[J]. 铁道标准设计，2020(04): 42-47.

[9]刘雷雨，等.悬挂式单轨车辆曲线通过性能分析[J]. 城市轨道交通研究，2019(04): 69-72.

[10]戴鑫亮，等.悬挂式单轨车辆摇枕强度分析[J]. 城市轨道交通研究，2019(03): 122-126.

[11]刘莉，等.悬挂式单轨列车转向架中心销强度与刚度分析[J]. 机械制造，2021(02): 24-30+37.