对某动车组污物箱的联接螺栓强度进行非线性有限元分析

刘德壮

（吉林铁道职业技术学院，铁道车辆学院，吉林 132000）

动车组污物箱作为车下设备的组成部分，通过联接螺栓与车体底架结构进行连接，联接螺栓的强度性能直接影响动车组运行的安全性，因此需要对污物箱联接螺栓进行接触非线性有限元分析。

1 基本算法

对污物箱联接螺栓进行静强度分析时，需要保证其应力值小于材料的许用应力[1]，即式1所示：

式中[σ]为许用应力值；σs为对应材料的屈服极限；σ为车体各部件的计算应力值或试验应力，n为安全系数。

污物箱联接螺栓的材料参数如表1所示：

表1 污物箱材料参数表

2 动车组设备舱结构静强度分析

2.1 有限元模型

在Hypermesh仿真软件中采用实体单元与接触单元结合的方法对联接螺栓进行建模，利用该方法进行螺栓联接模拟时，不仅能够较准确地反映螺栓的预紧力、摩擦、滑移等影响同时还能够反映接触、屈服等非线性特性，计算结果的准确性较高[2]。

有限元分析模型如图1和图2所示：

2.2 载荷及边界条件

根据EN12663：2010标准[3]中附属设备的载荷工况规定，在计算工况中选取主要的二种静强度工况，如表2所示：

表2 污物箱联接螺栓强度分析工况

位移约束为与污物箱连接的车体底架断面约束为 x=0，y=0，z=0。

2.3 静强度分析结果

采用ANSYS分析软件对污物箱的联接螺栓进行非线性有限元强度分析。其强度分析最大结果如图3、图4所示：

图3 载荷工况一作用下应力云图

图4 载荷工况二作用下应力云图

如图3、图4所示，在载荷工况一和工况二作用下，该污物箱联接螺的最大Von.Mises应力分别为496MPa和481MPa，最大应力发生在螺栓杆上。

3 结语

根据ANSYS分析软件有限元分析计算结果，在二种载荷工况作用下，该污物箱联接螺栓的最大Von.Mises应力均小于螺栓的屈服强度640MPa。因此二种工况下污物箱联接螺栓接触强度均满足设计要求。