發(fā)電車燃油箱吊裝結(jié)構(gòu)強度有限元分析

王獻(xiàn)紅

（長春軌道客車股份有限公司，吉林長春 130062）

0 引 言

發(fā)電車油箱是發(fā)電車油供給系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，國家對其安全、環(huán)保等方面都有著嚴(yán)格的要求。隨著現(xiàn)代發(fā)電車的結(jié)構(gòu)布置越來越緊湊，為了能充分利用有限的機械空間，燃油箱的外形往往十分復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)強度就有了新的挑戰(zhàn)，采用有限元分析方法[1]對伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強度校核。

1 有限元模型

1.1 燃油箱吊裝結(jié)構(gòu)

吊裝結(jié)構(gòu)實體模型與有限元模型分別如圖1和圖2所示[2]。

圖1 吊裝結(jié)構(gòu)實體模型

圖2 吊裝結(jié)構(gòu)有限元模型

伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格離散模型共有38 100個節(jié)點，39 877個殼單元，其中燃油箱共有19 137個節(jié)點，20 079個殼單元。

油箱整體材料采用的是耐候鋼，其屈服極限為345 MPa;吊裝底架邊梁材料采用的也是耐候鋼，其屈服極限為294 MPa;橫梁吊裝結(jié)構(gòu)采用的材料是碳素鋼，其屈服極限為235 MPa;油箱重量為700 kg，加油后最大總重量為2 600 kg。

1.2 底架邊梁焊裝結(jié)構(gòu)

伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝底架邊梁焊裝結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格離散模型共有54 160個節(jié)點，42 337個實體單元，其有限元模型如圖3所示。

圖3 吊裝底架邊梁焊裝結(jié)構(gòu)的有限元模型

1.3 燃油箱橫梁吊裝結(jié)構(gòu)

伊朗發(fā)電車燃油箱橫梁吊裝結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格離散模型共有45 832個節(jié)點，33 662個實體單元，其有限元模型如圖4所示。

圖4 橫梁吊裝結(jié)構(gòu)的有限元模型

2 載荷約束條件

根據(jù)伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝結(jié)構(gòu)的受力情況[3]，對其應(yīng)用 UIC566-90-3標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行計算。

考慮到緩沖裝置沖擊時產(chǎn)生的作用力[4]，下述加速度應(yīng)符合隨其自重產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)要求，以便于確定計算方法。

縱向:5g;

橫向:1g;

垂直:cg（包括重力）。

在客車端部c為3g，按線性遞減，至客車中心部位減少到1.5g。

客車上安裝的結(jié)構(gòu)件確定的機械強度的計算，應(yīng)以下列作用力為基礎(chǔ)。

縱向:

橫向:

垂直:

式中:m——結(jié)構(gòu)件的重量，kg;

g——重力加速度，取為9.81 m/s2;

在客車端部c為3g，按線性遞減，至客車中心部位減少到1.5g。

應(yīng)考慮Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z的合力。

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，對伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算。

對伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝底架邊梁焊裝結(jié)構(gòu)，在與其下部銷軸連接的銷軸部位施加13 000 N的拉力，考察焊接在底架邊梁上的吊裝結(jié)構(gòu)是否滿足強度要求。

對伊朗發(fā)電車燃油箱橫梁吊裝結(jié)構(gòu)，在與其下部銷軸連接的銷軸部位施加13 000 N的拉力，考察焊接在底架橫梁上的吊裝結(jié)構(gòu)是否滿足強度要求。

約束:對伊朗發(fā)電車車下橫梁的兩側(cè)端面進(jìn)行全約束。

3 計算結(jié)果

3.1 燃油箱吊裝結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析[5]

經(jīng)過計算得知，在此種情況下，伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力發(fā)生在底架邊梁與底架橫梁連接的加強板處，最大應(yīng)力值為336.287 MPa，位置在MX處，如圖5所示。

圖5 伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

3.2 燃油箱結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

經(jīng)過計算得知，在此種情況下，伊朗發(fā)電車燃油箱最大應(yīng)力發(fā)生在燃油箱縱向端部處[6]，最大應(yīng)力值為232.223 MPa，位置在MX處，如圖6所示。

圖6 伊朗發(fā)電車燃油箱的應(yīng)力云圖

3.3 燃油箱吊裝底架邊梁焊裝結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

經(jīng)過計算得知，在此種情況下，伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝底架邊梁焊裝結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力發(fā)生在底架邊梁與焊裝結(jié)構(gòu)相接的下部焊縫處，最大應(yīng)力值為172.56 MPa，位置在MX處，如圖7所示。

圖7 伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝底架邊梁焊裝結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

3.4 燃油箱橫梁吊裝結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

經(jīng)過計算得知，在此種情況下，伊朗發(fā)電車燃油箱橫梁吊裝結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力發(fā)生在吊裝結(jié)構(gòu)與底架橫梁的焊縫處，最大應(yīng)力值為85.329 MPa，位置在MX處，如圖8所示。

圖8 伊朗發(fā)電車燃油箱橫梁吊裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)力云圖

4 結(jié) 語

1）在此種受力情況下，伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力發(fā)生在底架邊梁與底架橫梁連接的加強板處，最大應(yīng)力值為336.287 MPa，小于耐候鋼（09CuPCrNi-A）的屈服極限345 MPa，因此，伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝結(jié)構(gòu)可采用此種材料[7];

2）經(jīng)過計算得知，在此種情況下，伊朗發(fā)電車燃油箱最大應(yīng)力發(fā)生在燃油箱縱向端部處，最大應(yīng)力值為 232.223MPa，小于 耐候鋼（09CuPCrNi-B）的屈服極限294 MPa，因此，伊朗發(fā)電車燃油箱可采用此種材料;

3）伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝底架邊梁焊裝結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力發(fā)生在底架邊梁與焊裝結(jié)構(gòu)相接的下部焊縫處，最大應(yīng)力值為172.56 MPa，小于碳素鋼（Q-235-A）的屈服極限235 MPa，因此，伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝底架邊梁焊裝結(jié)構(gòu)可采用此種材料;

4）伊朗發(fā)電車燃油箱橫梁吊裝結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力發(fā)生在吊裝結(jié)構(gòu)與底架橫梁的焊縫處，最大應(yīng)力值為85.329 MPa，小于碳素鋼（Q-235-A）的屈服極限235 MPa，因此，伊朗發(fā)電車燃油箱橫梁吊裝結(jié)構(gòu)可采用此種材料。

綜上分析可知，伊朗發(fā)電車燃油箱吊裝結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值均小于其對應(yīng)材料的屈服極限[8]，符合強度要求。

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