车辆车体静强度仿真试验对标技术研究

仿真作为一种虚拟现实技术，在各领域中发挥着越来越重要的作用。轨道交通作为高科技领域，仿真技术在其中发挥着至关重要的作用。为了满足产品设计指标的提升对车体仿真精度越来越高的要求，逐步实现仿真预测试验的目标，因此，需要进行车体仿真试验对标技术的研究，通过仿真试验对标及模型修正手段逐步提高仿真精度，逐步实现仿真代替试验。

将普查绩效评价指标分为主要因素和次要因素，对于计算得到的各级权重数值，对应建立主要因素权重物元Rw i及次要因素权重物元Rwij：

目前，轨道车辆静强度仿真试验对标工作研究者较少，中车青岛四方的赵子豪等人基于仿真与试验对标结果，研究了轨道车辆有限元仿真方法，最终获得高置信度的模型，提高了仿真精度

；中车青岛四方的赵红伟等人对车体结构振动模态仿真与试验一致性进行了分析研究

；西南交通大学的姚亚涛等对比研究了不同点焊模拟的帽型梁仿真与试验结果，结果表明CWELD (ELPAT)以及CWELD(GRI-DID)焊点模拟方式仿真精度高、批处理方便以及建模时间短,可作为不锈钢车体点焊结构仿真分析的首选模型

；中车青岛四方所的陈志明等基于AAR和ROA标准,对出口澳大利亚窄轨煤炭漏斗车车体结构进行了仿真分析,与静强度试验结果进行了对比分析,并根据分析结果提出了建议

。

1 车体结构与有限元模型

该型不锈钢城轨头车车体采用由底架、车顶、侧墙、端墙和司机室构成的薄壁筒型整车承载结构，除底架牵引梁、枕梁和内边梁等部位采用碳钢材料外，其他部位采用奥氏体不锈钢材料。底架采用无中梁结构，由牵引梁、枕梁、缓冲梁、边梁、横梁、波纹地板等组成。车顶主要包括边梁、弯梁、波纹顶板、外罩板等组成。侧墙主要由侧墙上边梁、侧墙外板、门立柱、窗立柱、横梁和连接板等组成。端墙主要由端角柱、端弯梁、门立柱、横梁、外端板等组成。司机室主要由口型梁骨架组成。本文规定沿轨道方向为X方向，车轴轴线方向为Y向，垂直于轨面方向为Z向。

车体主要技术参数如下：车体整备质量(m1)23401kg，定员载客质量13560 kg，超员载客质量17400 kg，转向架质量4703 kg /4423 kg，一位端客室空调质量660 kg，二位端客室空调质量660 kg，空压机440 kg，辅助电源箱质量1430 kg，蓄电池箱质量1100 kg。

根据三维模型将车体结构离散成有限元模型，网格平均尺寸为20mm，整个模型共有132.2万个单元，132.1万个节点，并赋予相应的材料和属性，有限元模型如图1所示。根据BS EN12663-1:2010+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》标准进行各个工况的仿真计算，共21个静强度工况。

2 车体静强度试验介绍

试验按照BS EN12663-1:2010《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(货运车辆可选法)》的有关要求进行静强度试验。为了使应变片贴附紧密，应该将贴附面打磨光滑。 在焊缝的边缘等贴附曲率较小的部位贴附应变片时，将贴附面打磨圆滑。

最后，施工部门要采取刮杠或者木抹子等设备进行水泥浆处理，有效利用分层抹压管理工序维护平整作业的管理效果，整合跳车管理项目的根本，也为整体施工项目质量优化奠定基础，真正实现管理工作和管理流程的全过程优化，维护高速公路桥梁施工中伸缩缝工艺技术的流程化管理水平[5]。

约束条件：车体支承在4个空簧位

试验步骤：①传感器信号清零;逐步施加垂向载荷至m0；②采集数据;逐步施加垂向载荷,使得车体总质量等于m1；③采集数据;逐步施加垂向载荷,使得车体总质量等于1.1m1；④采集数据；⑤逐步施加垂向载荷,使得车体总质量等于m1+m3；⑥采集数据;逐步施加垂向载荷,使得车体总质量等于m1+m4；⑦采集数据逐步施加垂向载荷,使得车体总质量等于1.3(m1+m3)；⑧采集数据;逐步施加垂向载荷,使得车体总质量等于1.3(m1+m4);采集数据;卸掉垂向载荷；⑨检查传感器信号是否回到零位。

由于篇幅有限，本文只简单介绍以下最大垂直载荷工况的试验过程：

3 仿真试验对标流程

试验车体吊挂设备布置如图2所示，有限元模型中吊挂设备布置如图3所示。很明显的可以看出仿真模型与试验车体设备布置不同，需要将仿真模型与试验车体设备布置保持一致。因此，将有限元模型中的吊挂设备去掉，相应的载荷分摊在地板上。

3.1 准备工作

在进行车体静强度试验时需进行有限元模型和车体模型的一致性检查工作。

(1)完整性检查：检查试验样车中的主要承载零部件是否都包含在仿真模型中；

主要进行以下检查工作：

金叶榆是喜光树种，但也耐阴、耐寒，光照不足时叶片会返绿。对士壤要求不高，但在砂壤土中生长好、发枝多、树冠形成快。通过白榆嫁接金叶榆技术，可扩大园林绿化彩叶树种苗资源，解决当地彩叶种苗匮乏的问题。

(2)建模方式检查：有限元模型的建模方法是否与试验车存在较大差异(如不等厚度的板材简化方式，焊缝的建模方法)，若差异较大可将连接方式记录作为后续模型修正的指标；

仿真试验对标规则主要包括选点原则，误差率定义以及对标结果评估准则三个方面。(1)选点原则：车体静强度试验在车身各个关键位置大约布置200个测点，本文中选取各个工况中利用率前20的测点作为仿真试验对标研究的参考点。

正如前文所说，由于其监管主体不明确，分时度假市场呈现出“准入零门槛”的现状对该市场秩序十分不利。以类似于蚂蚁短租的经营分时度假的互联网短租平台为例，当分时度假的经营者无须经过任何资质认定即可称为服务提供者且处于监管灰色地带时，违法成本极低，就出现了Airbnb的房东偷拍事件，增加了分时度假的风险。作为行业最低标准的“门槛”的缺失，使得分时度假市场的产品良莠不齐，市场秩序混乱。以“乡村分时度假”形态为例，行业内部经营层次，服务质量，配套设施，在不同地区不同商家之间差距悬殊，而消费者又无法快速辨别，就会出现信息不对称导致的市场秩序不规范。

(4)连接方式检查：模型中的焊点位置、焊缝建模方式是否与试验车一致。

3.2 边界条件确定

参照EN12663标准，同时验证有限元模型边界条件及试验边界条件是否与标准一致，为实现对标要求，应优先保证仿真边界与试验边界一致。

在上述对标规则下进行仿真试验对标研究，根据试验贴片位置在有限元模型中定位相应的测点的位置，并将仿真应力值与试验应力值进行对比，由于篇幅有限，本文只展示最大垂直载荷工况中利用率前20测点的对标结果，如表1所示。

3.3 有限元分析

按照确定后的有限元模型及边界条件进行仿真分析。分析使用Hyperworks软件的Optistruct模块基于线弹性材料模型进行模拟。使用Hyperview软件进行后处理，将单元应变与试验结果进行仿真试验对标。

从图2中可以看出，中部地区绿色矿山试点最多，占总量的34%，其次是西部地区，占总量的33%。虽然西部地区总体数量不少，但考虑到西部地区矿产资源富集程度和开发潜力，这一比例并不算高，其中资源禀赋较好的青海、贵州、西藏等地，绿色矿山试点明显偏少，存在区域结构不协调的现象。

3.4 仿真试验对标规则

(3)单元质量检查：检查模型中是否出现长宽比、单元翘曲角、雅克比、内角异常的单元，若存在需及时修正，保证进行仿真试验对标的模型网格质量符合要求；

(2)误差率定义：本文以某型不锈钢城轨车辆头车为研究对象得到现有仿真结果与试验测试数据的原始误差来定于误差率。

误差率=|(仿真数据-试验数据)/试验数据|×100%

(3)对标结果分析：每个工况，对标结果均以表格形式展示，包括各个对标测点的试验数据、安全系数、仿真数据及误差率，将误差率分为优良中差4个等级，当误差率绝对值小于等于10%，误差等级为优，误差很小,无需进一步讨论；当误差率绝对值大于10%并且小于等于20%，误差等级为良，误差较小,无需进一步讨论；当误差率绝对值大于20%并且小于等于40%，误差等级为中，误差较大,需对可能原因予以简要解释；当误差率绝对值大于40%，误差等级为差，误差很大,需对可能原因予以简要解释。

王荣生教授将教材选文分为四种类型：定篇、例文、样本、用件。“定篇”的材料应该是一篇完整的、没有经过任何删改的经典作品；“例文”的材料要能够“足以例证知识”；“样本”的材料要注重典型性；“用件”的实质是提供信息、介绍资料，使学生获知所讲的事物。

在作文教学中，“情”“理”“法”是写好作文的三大关键点，教师在作文教学中引领学生把握好这三个关键点，就能逐步征服作文教学这片“海洋”。

根据行业要求，全部工况参与对标分析的测点中80%满足仿真试验对标误差率绝对值≤20%，则该仿真试验对标结果合格。本次参与对标分析的所有测点仿真试验对标结果合格率为70%，与要求有一定的差距。因此，需要对有限元模型进行修正。

4 模型修正方案

在保证仿真与试验边界一致的前提下，仿真试验结果存在误差的原因在于有限元建模与试验车体之间存在着差异，最主要的影响因素有以下两点：一是设备布置；二是连接关系。

车体静强度仿真试验对标共分为三部分：(1)试验前准备(主要是有限元模型与施工图纸的一致性和正确性检查)，重点检查牵引缓冲梁、枕梁、底架、门框和窗框区域。(2)车体试验(包括应变片的布置方案、仿真试验对标流程等)。(3)模型修正(基于试验结果的有限元模型修正流程)。

对于不锈钢车来说，连接关系对仿真结果影响较大的点主要是枕梁内外边梁之间的连接。不锈钢车枕梁内外边梁结构为外部的不锈钢槽型梁与内部口型梁通过焊接关系连接在一起，包括立面的塞焊与口型梁边位置的通长缝焊。在有限元建模时考虑了内外边梁之间的焊接关系，没有考虑内外边梁之间的接触关系。

通过对影响仿真结果因素的分析，提出以下三个修正方案：

(1)将有限元模型中的吊挂设备去掉，相应的载荷均摊在地板上；

(2)在方案1的基础上，内外边梁之间建立TIE接触；

企业在海外投资、生产、经营、管理的过程中，需要本着“思维全球化和行动当地化”的原则来进行跨文化管理.企业在所在国雇用当地职员，必须熟悉当地风俗习惯，洞察当地市场动向，遵守当地各项法律法规.本土化策略可以降低企业跨国经营的高昂费用，促进与当地社会文化的融合，有利于所在国经济安全，增加所在国的就业机会，加速所在国与国际接轨.

(3)在方案1的基础上，内外边梁之间建立非线性接触。

将修正后的有限元模型重新进行仿真分析，再次进行仿真试验对标，还是以最大垂直载荷工况为例进行展示，相应的测点在模型修正前后对标结果如表2所示。

仅仅通过上表中的对标结果就可以看出，模型经过三次修正后仿真试验对标合格率有了很大的提高。通过对模型进行修正，参与对标分析的全部测点的对标合格率由原始方案的70%提高到方案3的80%，达到了对标要求。

5 结论

(1)通过有限元模型修正前后的对标结果进行分析可以看出，在保证仿真与试验车外吊挂设备一致的前提下，不锈钢城轨车辆端部底架内外边梁建立非线性接触，仿真结果更加接近试验结果，使仿真更好的预测试验。

需求情况：氮肥方面，农业需求总体清淡，各地基本无用肥需求；工业需求一般，下游按需采购，胶板厂受环境污染治理等工作影响，复合肥企业淡季检修，开工率均呈现下降趋势，对尿素采购需求减少。磷肥方面，国内西北地区冬储市场已启动，甘肃地区厂家已将订单签订至次年2月份；长江和云南地区企业仍以出口市场为主，集港发运较快，新订单零星。钾肥方面，复合肥企业开工率下降，对钾肥采购需求减少。复合肥方面，华北地区秋季备肥市场扫尾，华东地区秋季备肥可持续到10月底，南方果蔬用肥需求展开，基层刚性农需释放。

(2)针对仿真试验对标中仍然存在着有一些对标点的误差较大，针对这一问题本文给出的解释以及建议是：模型网格为20mm比应变片的大小要大，这也会导致仿真与试验之间存在误差，特别是在应力梯度比较大的位置，误差会更大一些。因此建议将测点位置的网格细化，使得仿真与试验对比准确性提高。

[1]赵子豪，赵思聪，戴昆，王超颖，廖佩诗. 基于仿真与试验对标的轨道车辆有限元仿真优化方法研究[J]. 铁道车辆，2021(4): 21-24.

[2]赵红伟，田爱琴，王万静，丁叁叁. 车体结构振动模态仿真与试验一致性分析[J]. 大连交通大学学报，2011(6): 26-29.

[3]姚亚涛，肖守讷，朱涛. 基于不同点焊模拟的帽型梁仿真与试验对比[J]. 铁道机车与动车，2016(11): 15-19,42.

[4]陈志明，田葆栓. 基于AAR和ROA标准对出口澳大利亚煤炭漏斗车的仿真分析和试验研究[J]. 铁道车辆，2015(8): 12-16.