基于HyperWorks的蓄电池箱安装梁强度仿真研究

王晖

摘 要：以蓄电池箱安装梁为仿真研究对象，基于HyperWorks仿真分析，对其结构强度进行研究，获得安装梁在四种运行工况下的位移和应力分布，并对其进行强度评估。结果表明此结构满足强度要求，但安全裕量较小。根据仿真结果，对高应力状态区域提出后续优化方案，从而降低应力水平，提高安全裕量，从而确保结构安全服役。

关键词：高速铁路；安装梁；有限元；静强度

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.091

1 引言

随着国家高速铁路工程的快速发展，列车运行安全备受关注，研究建立结构体有限元模型，仿真列车运行工况，给出关键位置应力及位移状态，校核结构强度，将具有重大的战略意义和实用价值。

蓄电池箱安装件包括蓄电池箱、安装件、接触器、特殊螺栓组成等，需要满足一定的结构强度，保证运行过程中的安全。对蓄电池箱安装件进行了静强度分析。其工况按照EN12663-1：2010标准要求进行工况设置和评价。

2 蓄电池箱安装件结构

蓄电池箱安装件：A7N01S-T5，基本力学特性见表1。

蓄电池箱安装件长度（纵向X）为880mm，宽度（横向Y）为950mm，高度（垂直方向Z）为567mm，设备参数如表2所示。

选用HyperWorks软件对蓄电池箱安装结构的实体模型进行抽取中间，其中主要对安装吊架进行关注，将各种紧固件、特殊螺栓简化为集中质量。

蓄电池箱安装件的有限元模型采用PSHELL二维壳单元进行网格划分，用RIGID单元模拟紧固螺栓。

3 研究依据EN 12663标准

EN 12663标准中规定的坐标系如图表1所示。X-轴（相当于车身纵轴）正方向是运动方向。Z-轴（相当于车身垂直轴）正方向指向朝上。Y-轴（相当于车身水平轴）是水平面，完成右手坐标系。

本报告根据EN 12663标准要求设置加载工况。本报告设定设备静强度载荷（垂向2g加速度、纵向±3g加速度，横向±1 g加速度），具体见表4。

4 计算结果和分析

由公式（1），求得母材许用应力：

四个静强度工况中蓄电池箱安装件最大等效应力（von Mises）为240.6MPa，工况为静强度第3种，出现在安装件上下两根口型梁焊接处，见图4。按照该材料屈服强度245MPa评价，此结构满足强度，但安全余量较小。

5 结论

四个静强度工况中蓄电池箱安装件最大等效应力（von Mises）为240.6MPa，工况为静强度第3种，出现在安装件上下两根口型梁焊接处。按照该材料屈服强度245MPa评价，结果表明此结构满足强度，但安全裕量较小。根据仿真结果，后续口型梁加工时，可以改变焊接位置或者将焊接工艺改为整体铸造工艺，从而降低应力状态，提高安全裕量，从而确保结构安全服役。

参考文献

[1]李丰，李守律，张林楠等.铁路客车设备安装梁强度分析[J].铁路计算机应用，2016，25（2）.

[2]TB/T1335-1996铁道车辆强度设计及试验鉴定规范[S].1997.

[3]刘志亮，潘登，左明健等.轨道车辆故障诊断研究进展[J].机械工程学报，2016，52（14）.

[4]肖旭明.基于EN12663：2010的接觸网检修作业车底架结构强度有限元优化分析及寿命评估[J].铁道技术监督，2014，42（9）.