基于Ansys的铝合金地铁座椅骨架有限元分析

常龙　陈安江 李喜成

摘要：文章主要是分析了铝合金A型地铁车体结构特点，在此基础上以A性地铁车体结构为主要的研究对象，然后应用到有限元分析软件ANSYS对力学承载特性进行了分析，望可以为有关人员提供到一定的参考和帮助。

关键词：A型地铁;车体结构;ANSYS;强度

当前城市化的发展进程加快和城市人口逐渐增多，城市中人们的出行压力增大。为此，舒适便捷的城市轨道交通是当前大中型城市中公共交通体系中重要的组成部分。铝合金a型地铁列车有着空间大、强度高等的优势，在城市轨道交通建设中占据很大的比例。

1.铝合金A型地铁车体结构特点

铝合金A型地铁车体采用鼓形整体承载式结构，由大型中空的薄壁铝合金型材组焊而成，主要分为底架、侧墙、车顶、端墙和司机室五大模块，如图1所示。底架模块由地板、边梁、端梁和牵枕缓等零部件组成，为车体绝大部分电气设备提供安装接口。侧墙模块由一位侧墙和二位侧墙两部分组成，对称分布在车体两侧。车顶模块采用高低顶结构，由平顶、圆顶和车顶边梁等零部件组成，平顶结构可为空调系统提供安装接口。端墙由端墙板、门立柱和梁等零部件组成，可为贯通道提供安装接口。司机室由玻璃钢外罩和司机室骨架等零部件组成，采用流线型设计，安装在头车前端，其端部设有碰撞吸能区，在列车发生碰撞时此区域变形，吸收撞击产生的能量保证乘客的生命安全。铝合金A型地铁车体采用轻量化设计，有效减轻车体重量的同时具有很好的隔音隔热性能，并且能够承受不同工况下产生的横向、纵向及垂向载荷。

2.铝合金B型地铁车体结构特点

铝合金B型地铁车体由大型中空铝合金型材组焊而成，为鼓形整体承载结构，能够承受垂直、纵向、横向、扭转等载荷。车体组成采用模块化设计，主要由底架、侧墙、车顶、端墙及司机室等模块组成，各大部位之间通过焊接的方式连接起来，使得车体具有很好的防振、隔音效果。由一、二位端牵枕缓、地板、边梁、端梁等部件组成。底架的设计充分考虑车辆的被动安全性能，为提高列车吸收撞击能量的能力，除加大列车车钩缓冲系统能量吸收能力外，头车底架在司机室前端所对应的位置设有底架前端模块，并且设有撞击能量吸收变形区。在首尾车司机室端底架处设有防爬装置，防止两列车发生冲撞时产生爬叠。侧墙是由一、二位侧墙构成，侧墙带盲窗。两侧侧墙对称排布，每侧侧墙由五块侧墙模块组成，每块侧墙模块由侧墙型材和门立柱组成。侧墙最宽处为2750mm，在满足车辆限界同时最大限度地增大车辆的载客量。门角和窗角为应力集中区，在设计时采用了侧墙板窗口整体加工的方式，窗角处圆滑过渡，在门角区域采用整体加工圆弧过渡，保证焊缝避开门角应力集中区。车顶主结构由平顶组成、车顶边梁组成、圆弧顶组成拼焊而成，采用高低顶结构。型材壁厚考虑轻量化的设计，并在空调安装座的位置加厚，来满足空调安装座的焊接和安装强度要求。在车顶型材上设置有沿车长方向上的通长防滑走行立筋，保证车顶设备维护时走行安全。车顶边梁型材外侧设置有一体式雨檐，引导积水从车体两端排水管排出。端墙是由两根门立柱、一根门上横梁、端墙板组成。门立柱以及门上横梁组焊成一个骨架结构，外侧焊接端墙板。端墙板采用12mm厚的宽幅铝板材拼焊而成，端墙板外侧轮廓与侧墙外侧轮廓匹配。考虑平顶排水，在端墙上部设置排水口。端墙结构能够满足贯通道机构安装的结构要求。司机室骨架采用铝型材拼焊形成整体骨架结构，端部设置周圈弯曲连接梁，此连接梁与车体之间采用螺栓连接。司機室骨架的下部立柱设置有连接板，连接板与底架前端直接采用螺栓连接，玻璃钢外罩通过螺栓固定在司机室骨架上。

3.铝合金A型地铁车体有限元模型

铝合金A型地铁车体结构主要采用4节点等参薄壳单元模拟主体结构，用质量单元模拟附加结构的质量以及分布位置，并通过RIGID单元或RBE3单元及其相邻的有限元结构连接，在下门角补强部位等结构采用六面体实体单元模型[1]。壳单元的尺寸（长度）在大多数的结构部件中的典型长度约为15-20mm，在细化区域则小一些，长度约为4-6mm。本车体有限元模型单元总数为3843409，节点总数为3260943。

4.缺陷长度变化对漏磁场的影响

利用ANSYS有限元分析软件的后处理器来定义路径，提取规定路径上的磁场分布情况，改变缺陷长度来分析其对磁感应强度的空间漏磁场分布的影响，由于周向分量始终没有明显变化，所以我们提取路径上获得缺陷磁场磁通量密度的径向和轴向分量。设定缺陷长度变化范围1～21mm。当缺陷的深度一定时，磁感应强度轴向分量的谷间距离随着缺陷长度的增大而增大，所以谷间距同缺陷的长度存在固定的关系。轴向曲线由单峰变为双峰，且峰值越来越小。

5.结束语

文章主要是依照ANSYS仿真结果对缺陷尺寸和提离职各自对磁场的影响，结果表明在缺陷长度固定的时候磁感应强度轴向分量分支会依据缺陷的深度而发生变化。

参考文献：

[1]王虹， 郭海洋， 王雁东，等.一种新型骨架分离式不锈钢地铁车辆座椅设计[J]. 电力机车与城轨车辆， 2020（5）.

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