磁浮列車(chē)側(cè)窗風(fēng)壓載荷疲勞試驗(yàn)研究

王立闖 臧曙光 胡 悅 趙 威

（中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院，中國(guó)建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心有限公司，北京 100024）

1 問(wèn)題提出

近年來(lái)，我國(guó)鐵路里程迅速增加，列車(chē)速度也越來(lái)越高，磁浮列車(chē)的速度已達(dá)430km/h。列車(chē)速度的提升在給我們帶來(lái)便捷的同時(shí)也帶來(lái)了一系列的安全問(wèn)題，其中，列車(chē)交會(huì)時(shí)所產(chǎn)生的空氣壓力波會(huì)對(duì)列車(chē)側(cè)窗產(chǎn)生劇烈沖擊，嚴(yán)重危害行車(chē)安全。因此，對(duì)列車(chē)側(cè)窗進(jìn)行循環(huán)載荷試驗(yàn)，并對(duì)其機(jī)械強(qiáng)度、氣密性等進(jìn)行測(cè)試研究顯得極其必要[1]。利用風(fēng)壓設(shè)備對(duì)磁懸浮列車(chē)側(cè)窗進(jìn)行了循環(huán)載荷試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中車(chē)窗玻璃的應(yīng)力及位移變化進(jìn)行了測(cè)量分析。

2 試驗(yàn)過(guò)程

2.1 試樣

試樣為上海磁浮交通發(fā)展有限公司提供的磁浮列車(chē)側(cè)窗，該側(cè)窗由中空玻璃、密封材料及鋁合金窗框組成，是完全國(guó)產(chǎn)化的產(chǎn)品，通過(guò)本項(xiàng)試驗(yàn)考核后即準(zhǔn)備應(yīng)用到實(shí)車(chē)中。

試樣帶鋁框外部尺寸：（2008mm×857mm），重量：≤44kg。玻璃尺寸：1962mm × 813 mm，R＝6000mm，厚度：27.8mm其中中空玻璃結(jié)構(gòu)為：4mm化學(xué)鋼化+0.76mmPVB膠片+3mm化學(xué) 鋼化+16mm空氣層（15mm厚內(nèi)附分子篩間隔鋁條）+4mm物理鋼化。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試過(guò)程

試驗(yàn)所用設(shè)備名稱(chēng)、規(guī)格等信息如表1所示。包括風(fēng)壓試驗(yàn)機(jī)、測(cè)試儀器及分析儀器等。

表1 試驗(yàn)設(shè)備一覽表

實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備連接方式如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)設(shè)備連接示意圖

試驗(yàn)操作程序?yàn)椋孩侔惭b測(cè)量設(shè)備；②安裝車(chē)窗；③循環(huán)載荷試驗(yàn)；④應(yīng)力、位移測(cè)量；⑤保存、分析數(shù)據(jù)。

循環(huán)載荷的變化模擬實(shí)際的載荷條件，根據(jù)技術(shù)條件及UIC566采用一個(gè)正弦型載荷曲線。載荷的大小、頻率、循環(huán)次數(shù)等如表2所示。在第1和第7個(gè)等級(jí)進(jìn)行人工淋雨試驗(yàn)。

表2 循環(huán)載荷

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 實(shí)際載荷變化

在測(cè)試過(guò)程中，壓力循環(huán)階段的實(shí)際載荷曲線如圖2所示。

由圖2可知，實(shí)際的風(fēng)壓曲線、實(shí)時(shí)次數(shù)、設(shè)定頻率等信息均可在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)即時(shí)顯示，這樣便于對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。由圖可知，實(shí)際壓強(qiáng)與設(shè)定值偏差很小，變化范圍符合測(cè)試要求。

圖2 實(shí)際載荷曲線

3.2 應(yīng)力測(cè)量

對(duì)車(chē)窗玻璃預(yù)定位置進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量，其中，最大主應(yīng)力在外車(chē)窗中部獲得。

外車(chē)窗中部在不同載荷下的主應(yīng)力值如表3所示。

表3 外車(chē)窗中部應(yīng)力值（MPa）

(續(xù)) 表3 外車(chē)窗中部應(yīng)力值（MPa）

由表3可知，載荷為±6000Pa時(shí)，外車(chē)窗中部最大主應(yīng)力達(dá)12.8MPa（與之對(duì)應(yīng)的內(nèi)車(chē)窗中部最大主應(yīng)力達(dá)12.34MPa）。計(jì)算過(guò)程中玻璃的彈性模量取72000N/mm2，泊松比為0.22。

最大主應(yīng)力隨載荷等級(jí)變化的曲線如圖3所示。

圖3 車(chē)窗中部應(yīng)力曲線

由圖3可知，隨載荷增大，車(chē)窗應(yīng)力基本成直線增長(zhǎng)，與預(yù)期結(jié)果一致。

3.3 位移測(cè)量

內(nèi)車(chē)窗中部在各載荷等級(jí)的最大位移值如表4所示。

表4 內(nèi)車(chē)窗中部最大位移值（mm）

由表3可知，在壓力等級(jí)為±6000Pa時(shí)，內(nèi)車(chē)窗中部最大位移達(dá)5.1mm。小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10mm最大允許位移。

內(nèi)車(chē)窗中部位移-載荷曲線如圖4所示。

圖4 內(nèi)車(chē)窗中部位移-載荷曲線

由圖4可知，隨著載荷的增大，內(nèi)車(chē)窗中部位移近似成直線增長(zhǎng)。

循環(huán)載荷為±6000時(shí)，在內(nèi)車(chē)窗中部測(cè)得的位移隨時(shí)間變化曲線如圖5所示。由圖5可知，車(chē)窗中部位移隨時(shí)間呈現(xiàn)正弦形變化，變化頻率與載荷變化一致。

圖5 內(nèi)車(chē)窗中部位移-時(shí)間曲線

3.4 車(chē)窗氣密性

車(chē)窗氣密性通過(guò)人工淋雨進(jìn)行檢驗(yàn)，淋雨過(guò)程照片如圖5所示。

圖6 淋雨過(guò)程照片

淋雨過(guò)程中，車(chē)窗玻璃與鋁合金框架四周密閉區(qū)域未出現(xiàn)滲水，氣密性完好。

4 結(jié)論

（1）該結(jié)構(gòu)磁浮車(chē)窗能夠承受連續(xù)共計(jì)120萬(wàn)次的持續(xù)載荷沖擊，試驗(yàn)后保持完好。

（2）在±6000Pa載荷沖擊下，車(chē)窗玻璃保持完整，車(chē)窗中部位移較小，且最大主應(yīng)力遠(yuǎn)小于玻璃破壞強(qiáng)度。

（3）風(fēng)壓載荷與側(cè)窗中部位移之間近似成線性關(guān)系。

（4）側(cè)窗玻璃與窗框之間連接方式合理，在持續(xù)載荷試驗(yàn)后保持氣密性完好。

[1] 王普.高速鐵路建設(shè)發(fā)展概況研究[J].鄭鐵科技通訊.2006（4）：4.

[2] UIC 566-1990，BN 918 511-2001.