高鐵及動(dòng)車組基礎(chǔ)知識(shí)課件第十章－車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度-第四講

算例

209P客車轉(zhuǎn)向架軸重18.0t，轉(zhuǎn)向架質(zhì)量為7.0t，每臺(tái)轉(zhuǎn)向架在緊急制動(dòng)是制動(dòng)力為34kN，構(gòu)架質(zhì)量為1140kg，每軸箱一系懸掛彈簧系統(tǒng)垂向、橫向和縱向剛度分別為560N/mm、1430N/mm和10000N/mm。構(gòu)架由箱型側(cè)梁和橫梁及鍛件和鑄件組成，制造材料為Q355NH、Q345D和G20Mn5。板材為8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、20mm厚Q355NH鋼板。3靜強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果及分析4疲勞強(qiáng)度分析結(jié)果○—位于焊縫區(qū)域最大主應(yīng)力●—位于母材區(qū)域最大主應(yīng)力較大的節(jié)點(diǎn)較大的節(jié)點(diǎn)△—最大von_Mises應(yīng)力▲—最大von_Mises應(yīng)力位于焊縫上的節(jié)點(diǎn)位于母材上的節(jié)點(diǎn)圖位于焊縫和母材區(qū)域主應(yīng)力主應(yīng)力較大節(jié)點(diǎn)與每個(gè)載荷工況給出較大的最大主應(yīng)力比較貨車承載結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析貨車車體TB/T1335-1996AARM-1001UIC577EN12663-2三大件轉(zhuǎn)向架的搖枕和側(cè)架TB/T1335-1996TB/T1959-2006AARM-202AARM-203貨車車體強(qiáng)度分析——TB/T1335-1996

計(jì)算載荷

垂向靜載荷：包括自重、載重和整備質(zhì)量。敞車應(yīng)考慮雨、雪等因素造成的增載，載重取標(biāo)記載重的1.15倍。垂向動(dòng)載荷：根據(jù)靜載荷和動(dòng)載荷系數(shù)計(jì)算，動(dòng)載荷系數(shù)取決于懸掛系統(tǒng)撓度和車輛最高運(yùn)行速度。側(cè)向力：貨車側(cè)向力按垂向靜載荷的7.5%取值，計(jì)算時(shí)一般按將垂向靜載荷增大10%處理。貨物側(cè)壓力：根據(jù)裝載貨物的特性計(jì)算，加載在端墻和側(cè)墻上。

貨車車體強(qiáng)度分析——TB/T1335-1996

計(jì)算載荷

縱向載荷：貨車第一工況拉伸載荷取1125kN，壓縮載荷取

1400kN，第二工況壓縮載荷取2250kN。扭轉(zhuǎn)載荷：車體承受的扭轉(zhuǎn)載荷為40kN?m。翻車機(jī)載荷：對(duì)于總重84t的敞車，翻車機(jī)一個(gè)壓頭的最大垂向壓力取118kN，作用在上側(cè)梁的任何位置，勻布于最小200mm的長(zhǎng)度上；側(cè)墻立柱根部的內(nèi)傾總彎矩235kN?m，均勻分?jǐn)偨o所有立柱。

《大軸重鐵路貨車總體技術(shù)條件》

對(duì)TB/T1335-1996標(biāo)準(zhǔn)的修正

為滿足開行軸重在25t以上的重載列車的需要，2012年，鐵道部制訂了《大軸重鐵路貨車總體技術(shù)條件》，對(duì)貨車車體強(qiáng)度計(jì)算與試驗(yàn)的部分載荷進(jìn)行了修正。

27t軸重通用貨車第一工況縱向拉伸力為1780kN，壓縮力為1920kN；第二工況縱向壓縮力為2500kN。

30t軸重專用貨車第一工況縱向拉伸力為2250kN，壓縮2500kN，第二工況縱向壓縮力為2800kN。對(duì)于需要由翻車機(jī)卸貨的車輛，壓車頭的最大垂向壓力取140kN，均布于最小200mm長(zhǎng)度上；側(cè)墻立柱根部的內(nèi)傾總彎矩定為235kN·m，均布于所有側(cè)柱。載荷組合

（1）在第一工況下，應(yīng)考慮縱向載荷、垂向靜載荷、垂向動(dòng)載荷、側(cè)向力、貨物側(cè)壓力和扭轉(zhuǎn)載荷的組合。（2）在第二工況下，應(yīng)考慮縱向載荷、垂向靜載荷、貨物側(cè)壓力的組合。車體強(qiáng)度與剛度的評(píng)估

車體剛度根據(jù)撓跨比進(jìn)行評(píng)估。fz/L2=1/1571.20車體強(qiáng)度與剛度的評(píng)估

車體應(yīng)力不得超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的許用應(yīng)力。許用應(yīng)力為材料屈服強(qiáng)度與安全系數(shù)的比值。第一工況安全系數(shù)取1.60，第二工況和翻車機(jī)工況安全系數(shù)取1.18。貨車車體靜強(qiáng)度分析——AARM-1001

AARM-1001對(duì)貨車車體強(qiáng)度計(jì)算的相關(guān)內(nèi)容給出了規(guī)定。計(jì)算載荷

自重與裝載載荷：標(biāo)準(zhǔn)給出了典型車輛的裝載載荷作用形式。

側(cè)向力：根據(jù)Rankine公式計(jì)算，按梯度載荷的形式施加在側(cè)墻上。

縱向載荷：車輛承受的縱向牽引和緩沖載荷的大小為350000lb(1557kN)。此外，車體還應(yīng)該能夠承受大小為1000000lb（4450kN)，作用在車體兩端的車端壓縮載荷。常規(guī)車輛的單端沖擊載荷為1250000lb(5560kN)。單元重載列車的縱向牽引和緩沖載荷取500000lb(2225kN)貨車車體靜強(qiáng)度分析——AARM-1001

車鉤載荷：AAR規(guī)定了兩種車鉤載荷作用形式。對(duì)于一輛超載25%的貨車，應(yīng)能夠通過在車鉤靠近沖擊座端面處施加載荷，實(shí)現(xiàn)單端帶轉(zhuǎn)向架起吊。此外，車體還應(yīng)當(dāng)承受作用在車鉤連接面處，方向分別為向上和向下，大小為50000lb(222.5kN)的垂向載荷。

頂車載荷：任何頂車位置均應(yīng)承受大小為重車垂向總載荷40%的載荷作用。

叉車車輪載荷：叉車作業(yè)時(shí)，車輪載荷為25000lb(111.25kN)。此外，標(biāo)準(zhǔn)還考慮了車頂載荷、沖擊載荷引起的垂向增載、端墻載荷等載荷。

計(jì)算工況組合與強(qiáng)度評(píng)定(1)自重、載重與牽引和緩沖載荷單獨(dú)或組合作用時(shí)，載荷系數(shù)為1.8，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力不得超過材料屈服強(qiáng)度與強(qiáng)度極限的80%的較小值，或臨界屈曲應(yīng)力?？紤]側(cè)向力時(shí)，其載荷系數(shù)為1.5。

(2)自重、載重與車端壓縮載荷、叉車車輪載荷、車鉤載荷、頂車載荷、車頂載荷組合作用時(shí)，載荷系數(shù)為1.0，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力不得超過材料屈服強(qiáng)度與強(qiáng)度極限的80%的較小值，或臨界屈曲應(yīng)力?？紤]側(cè)向力時(shí)，其載荷系數(shù)為1.0。

(3)自重、載重與沖擊載荷及其引起的垂向增載組合作用時(shí)，載荷系數(shù)為1.0，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力不得超過材料強(qiáng)度極限?？紤]側(cè)向力時(shí)，其載荷系數(shù)為1.0。TB/T1335-1996與AARM-1001的對(duì)比

垂向載荷參照TB/T1335進(jìn)行計(jì)算時(shí)，第一工況垂向總載荷（裝載載荷、垂向動(dòng)載荷、側(cè)向力）約為靜載荷的1.4倍。AARM-1001的垂向載荷系數(shù)為1.8。

縱向載荷對(duì)于30t軸重專用貨車，在考慮載荷系數(shù)后，AAR規(guī)定的牽引和緩沖載荷分別是TB規(guī)定的第一工況拉伸、壓縮載荷的1.78和1.12倍；車端壓縮載荷是TB規(guī)定的第二工況縱向載荷的1.59倍。

扭轉(zhuǎn)載荷在靜強(qiáng)度工況下，AAR不考慮扭轉(zhuǎn)載荷。TB/T1335-1996與AARM-1001的對(duì)比

許用應(yīng)力

對(duì)于屈服強(qiáng)度相同的材料，AAR標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的許用應(yīng)力約為TB規(guī)定的第一工況許用應(yīng)力的1.60倍，是第二工況許用應(yīng)力的1.18倍。TB/T1335-1996與AARM-1001的對(duì)比

縱向載荷是引起貨車車體靜強(qiáng)度失效的主要載荷，而扭轉(zhuǎn)載荷能夠引起較強(qiáng)的應(yīng)力集中效應(yīng)。將AAR規(guī)定的牽引、緩沖載荷與TB第一工況縱向載荷比較，AAR標(biāo)準(zhǔn)在單位牽引載荷下的許用應(yīng)力約為TB標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)數(shù)值的0.90倍，單位緩沖載荷下的許用應(yīng)力約為TB標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)數(shù)值的1.43倍。單位AAR車端壓縮載荷的許用應(yīng)力為單位TB第二工況壓縮載荷的許用應(yīng)力的0.74倍。安裝側(cè)緩沖器的貨車車體強(qiáng)度分析——UIC577

計(jì)算載荷

縱向載荷：車體從板座后擋

a應(yīng)能夠承受大小為1500kN的拉伸載荷；

前擋b應(yīng)能夠承受大小為1000kN的拉伸載荷；

側(cè)緩沖器安裝面中心線上的壓縮載荷為

1000kN；

側(cè)緩沖器安裝面中心線下50mm處的壓縮載荷為750kN。

作用于對(duì)角位置的緩沖器安裝面，大小為400kN的壓縮載荷。

垂向載荷：在承受標(biāo)記載重1.3倍的垂向載荷時(shí)，車體不得出現(xiàn)殘余變形。

頂車載荷：分別考慮三點(diǎn)和四點(diǎn)頂車工況。

安