磁浮列车侧窗风压载荷疲劳试验研究

王立闯 臧曙光 胡 悦 赵 威

（中国建筑材料科学研究总院，中国建筑材料检验认证中心有限公司，北京 100024）

1 问题提出

近年来，我国铁路里程迅速增加，列车速度也越来越高，磁浮列车的速度已达430km/h。列车速度的提升在给我们带来便捷的同时也带来了一系列的安全问题，其中，列车交会时所产生的空气压力波会对列车侧窗产生剧烈冲击，严重危害行车安全。因此，对列车侧窗进行循环载荷试验，并对其机械强度、气密性等进行测试研究显得极其必要[1]。利用风压设备对磁悬浮列车侧窗进行了循环载荷试验，并对试验过程中车窗玻璃的应力及位移变化进行了测量分析。

2 试验过程

2.1 试样

试样为上海磁浮交通发展有限公司提供的磁浮列车侧窗，该侧窗由中空玻璃、密封材料及铝合金窗框组成，是完全国产化的产品，通过本项试验考核后即准备应用到实车中。

试样带铝框外部尺寸：（2008mm×857mm），重量：≤44kg。玻璃尺寸：1962mm × 813 mm，R＝6000mm，厚度：27.8mm其中中空玻璃结构为：4mm化学钢化+0.76mmPVB胶片+3mm化学 钢化+16mm空气层（15mm厚内附分子筛间隔铝条）+4mm物理钢化。

2.2 试验设备及测试过程

试验所用设备名称、规格等信息如表1所示。包括风压试验机、测试仪器及分析仪器等。

表1 试验设备一览表

实验所用设备连接方式如图1所示。

图1 试验设备连接示意图

试验操作程序为：①安装测量设备；②安装车窗；③循环载荷试验；④应力、位移测量；⑤保存、分析数据。

循环载荷的变化模拟实际的载荷条件，根据技术条件及UIC566采用一个正弦型载荷曲线。载荷的大小、频率、循环次数等如表2所示。在第1和第7个等级进行人工淋雨试验。

表2 循环载荷

3 试验结果与分析

3.1 实际载荷变化

在测试过程中，压力循环阶段的实际载荷曲线如图2所示。

由图2可知，实际的风压曲线、实时次数、设定频率等信息均可在微机上实现即时显示，这样便于对其进行实时监控。由图可知，实际压强与设定值偏差很小，变化范围符合测试要求。

图2 实际载荷曲线

3.2 应力测量

对车窗玻璃预定位置进行应力测量，其中，最大主应力在外车窗中部获得。

外车窗中部在不同载荷下的主应力值如表3所示。

表3 外车窗中部应力值（MPa）

(续) 表3 外车窗中部应力值（MPa）

由表3可知，载荷为±6000Pa时，外车窗中部最大主应力达12.8MPa（与之对应的内车窗中部最大主应力达12.34MPa）。计算过程中玻璃的弹性模量取72000N/mm2，泊松比为0.22。

最大主应力随载荷等级变化的曲线如图3所示。

图3 车窗中部应力曲线

由图3可知，随载荷增大，车窗应力基本成直线增长，与预期结果一致。

3.3 位移测量

内车窗中部在各载荷等级的最大位移值如表4所示。

表4 内车窗中部最大位移值（mm）

由表3可知，在压力等级为±6000Pa时，内车窗中部最大位移达5.1mm。小于标准规定的10mm最大允许位移。

内车窗中部位移-载荷曲线如图4所示。

图4 内车窗中部位移-载荷曲线

由图4可知，随着载荷的增大，内车窗中部位移近似成直线增长。

循环载荷为±6000时，在内车窗中部测得的位移随时间变化曲线如图5所示。由图5可知，车窗中部位移随时间呈现正弦形变化，变化频率与载荷变化一致。

图5 内车窗中部位移-时间曲线

3.4 车窗气密性

车窗气密性通过人工淋雨进行检验，淋雨过程照片如图5所示。

图6 淋雨过程照片

淋雨过程中，车窗玻璃与铝合金框架四周密闭区域未出现渗水，气密性完好。

4 结论

（1）该结构磁浮车窗能够承受连续共计120万次的持续载荷冲击，试验后保持完好。

（2）在±6000Pa载荷冲击下，车窗玻璃保持完整，车窗中部位移较小，且最大主应力远小于玻璃破坏强度。

（3）风压载荷与侧窗中部位移之间近似成线性关系。

（4）侧窗玻璃与窗框之间连接方式合理，在持续载荷试验后保持气密性完好。

[1] 王普.高速铁路建设发展概况研究[J].郑铁科技通讯.2006（4）：4.

[2] UIC 566-1990，BN 918 511-2001.