一种多枕梁支撑车体的强度计算方法技术

本发明专利技术提供了一种多枕梁支撑车体的强度计算方法，包括以下步骤：对车体进行网格划分，形成有限元模型；限制车体的枕梁在垂直方向的平动自由度、释放枕梁绕车体横向方向的转动约束；有限元模型施加沿车体长度方向的外力；对模型进行静强度计算，查看每根枕梁上的支座反力；若支座反力为拉力，则释放该枕梁的垂直方向平动自由度并重复计算；若所有枕梁的支座反力均不为拉力，把这时计算出来的车体应力作为模拟结果。通过释放枕梁绕车体横向方向的转动约束使其可转动并释放枕梁上的拉力约束，枕梁可随车体受力作用而改变其与支撑工装的接触状态，可较为真实的反映车体受力时其形变特性和强度特性，为设计阶段分析设计合理性提供了可靠的指导作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车体强度仿真计算
，特别涉及。
技术介绍
轨道车辆车体是容纳旅客或货物、安装各种设备的部分，一般通过枕梁支撑在转向架的二系悬挂装置上。为了验证车体强度、使其承受运行过程中的拉伸力或压缩力作用而不发生变形和破坏，重点需要对车体进行拉伸和压缩两种工况条件下的测试。在设计阶段，无法通过试验手段对车体强度进行测试，只能通过模拟仿真计算的手段来考察所设计的车体强度是否达标。现有的轨道车辆车体一般采用两个转向架支撑，每个转向架对车体枕梁均具有两个支撑点，这样形成了四点支撑结构。把车体看成一根梁，车体就简化成了两支点简支梁。进行车体强度仿真计算时，将四个支撑点的所有节点的垂直方向的平动自由度均约束，计算出的应力值能够反映拉伸或压缩两种试验工况条件下的车体真实应力分布。现针对多支撑点(也就是多枕梁结构)的车体进行拉伸和压缩工况计算时，也将各个支撑点处的垂直方向的平度自由度约束后进行模拟仿真计算。但实际测试结果和仿真计算结果比较后发现仿真计算结果并不能真实反映实际测试结果的问题，出现仿真计算应力远小于实测应力的情况，以至实际试验时无法加载计算工况的压缩力，没有发挥模拟仿真对设计的指导作用，致使不合理设计没有及时得到纠正，导致制造了不合格样车产品。
技术实现思路
为解决现有模拟仿真计算方法不能真实反映多枕梁车体的强度真实测试结果的问题，本专利技术提供了。本专利技术提供了，包括以下步骤:步骤101:对所述车体进行网格划分，形成有限元模型；限制所述车体的枕梁在垂直方向的平动自由度、释放所述枕梁绕所述车体横向方向的转动约束；步骤102:在所述车体的长度方向上向所述有限元模型施加外力作用，查看每个所述枕梁上的支座反力；步骤103:若所述枕梁的支座反力为拉力，则释放所述枕梁的垂直方向平动自由度并重复步骤102 ;若所有所述枕梁的支座反力均不为拉力，以这时计算出来的车体应力作为模拟结果。 通过释放枕梁绕车体横向方向的转动约束使其可转动并释放枕梁上的拉力约束，在模拟计算过程中，车体受力作用时，枕梁可以改变其与支撑工装的接触状态，相对支撑工装发生转动或完全脱离工装，非常真实地反应车体受力时的形变特性和强度特性，为设计阶段分析设计合理性提供了可靠的指导。可选的，释放所述枕梁绕车体横向方向的转动约束具体为:在所述枕梁下侧创建转动轴；所述枕梁绕所述转动轴转动。可选的，每个所述枕梁具有两个支撑面；以每个所述支撑面下侧中央一点为转动节点；每个所述枕梁的两个所述支撑面对应的转动节点连线形成所述转动轴；所述支撑面上节点和所述转动节点间建立的刚性单元绕所述转动轴转动。将转轴动设置在枕梁外侧，并将枕梁虚拟拓展到刚性单元，更为真实地模拟了实际测试过程枕梁和测试工装的接触特性，提高了计算的真实程度。可选的，以所述转动节点为主节点、以所述支撑面的节点为从节点，采用主从节点方法建立每个所述支撑面对应的所述刚性单元。可选的，采用多点约束方法建立每个所述支撑面对应的所述转动节点和所述支撑面的节点间的约束关系，建立所述刚性单元。可选的，所述转动节点位于所述支撑面下方5mm-50mm范围间。可选的，限制与支撑所述车体的两个转向架横向固定连接的两个所述枕梁在车体横向方向的平动自由度。因实际车体安装在转向架上需要限制车体部分枕梁相对于转向架的横向移动，可更为真实地模拟车体运行过程中过弯道的运动特性和受力特性。可选的，约束所述车体长度方向的一个端面的平动自由度，在所述车体长度方向的另一端面向所述车体施加所述外力。【附图说明】图1为本专利技术实施例需要进行强度计算的多枕梁车体俯视图；图2为本专利技术实施例需要进行强度计算的多枕梁车体主视图；图3为图2中第二枕梁区域放大图。图4为本专利技术实施例对车体强度计算的方法流程图。【具体实施方式】为使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。图1为本专利技术实施例中需要进行强度计算的多枕梁车体俯视图，从图1中可看出需要进行强度计算的车体I具有六个枕梁，六个枕梁沿车体I的长度方向平行布置于车体I底部；本实施例中需要进行强度计算的多枕梁车体I为磁悬浮列车车体，设置较多枕梁可使得磁悬浮列车整体更为平直，保证了悬浮状态下的平稳性。通过简单的分析可以想到，本实施例中的多点支撑车体也可为传统的轮轨列车车体，特别是需要承受较大单位载重负荷场合的重载机车车体。图2为本专利技术实施例需要进行强度计算的多枕梁车体主视图，可看出每个枕梁2均通过两侧的支撑面连接装置支撑在可进行强度测试的测试工装上；图2左侧为车体I的车头方向、右侧为车体I的车尾方向，从左侧向右侧分别为第一枕梁、第二枕梁、第三枕梁、第四枕梁、第五枕梁和第六枕梁。由图1和图2可看出，为方便对车体方向进行定位和后续的强度模拟计算，本实施例以车体I长度方向为X轴、车体I宽度方向为Y轴、车体I高度方向为Z轴形成三维直角坐标系。图3为图2中第二枕梁区域放大图，以下对本实施例中的强度模拟计算方法主要以第二枕梁作为对象进行描述。如需对车体的强度进行模拟计算，需要采用有限元分析的方法对车体模型进行分割划分形成网格模型，并在车体端部施加和实际测试中所施加的力相同的虚拟外力，计算出实际可能出现的变形情况和应力情况。由于多枕梁结构的车体形成超静定支撑结构，实际测试中可能出现部分枕梁脱离测试工装的情况，为确保仿真计算情况和现实测试情况尽可能一致性，需要考虑模拟超静定支撑结构测试过程中的部分枕梁与测试工装脱离的情况。因此，需要考虑在测试过程每个枕梁会相对于测试工装发生旋转的可能性以及枕梁脱离测试工装的可能性，为此本专利技术的多枕梁2支撑车体I的强度模拟计算方法包括以下步骤。步骤101:对车体I进行网格划分，形成有限元模型；限制所述车体I的枕梁2在Z方向的平动自由度并且释放枕梁2绕Y轴旋转的自由度。这一步骤是进行模拟计算前对车体I进行有限元网格划分的过程，并根据实际测试过程中枕梁2与测试工装接触变形情况对计算模型的约束进行设置。步骤102:在车体I的长度方向上向有限元模型施加外力作用，对车体进行静强度计算，然后查看每个枕梁2上的支座反力。具体的，在本专利技术实施例中，限制车体I尾部的车钩安装部位的X方向自由度，并在车体I头部的车钩安装部位施加外力作用进行模拟计算。车体I强度测试分为压缩测试和拉伸测试，因此外力作用可为拉力也可为压力；外力的方向应当沿X轴方向上。本实施例中进行当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多枕梁支撑车体的强度计算方法，其特征在于：步骤101：对所述车体进行网格划分，形成有限元模型；限制所述车体的枕梁在垂直方向的平动自由度、释放所述枕梁绕所述车体横向方向的转动约束；步骤102：在所述车体的长度方向向所述有限元模型施加外力，进行静强度计算，查看每个所述枕梁上的支座反力；步骤103：若所述枕梁的支座反力为拉力，则释放所述枕梁的垂直方向平动自由度并重复步骤102；若所有所述枕梁的支座反力均不为拉力，以这时计算出的车体应力作为模拟结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄学君，毛业军，杨颖，袁文辉，杨相健，罗显光，佟来生，罗华军，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43