王玉艷 孫麗萍
(大連交通大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,遼寧大連 116028)
DJ3機(jī)車(chē)司機(jī)室入口門(mén)結(jié)構(gòu)可靠性分析
王玉艷 孫麗萍
(大連交通大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,遼寧大連 116028)
以機(jī)車(chē)司機(jī)室門(mén)技術(shù)條件和司機(jī)室門(mén)承載試驗(yàn)的參數(shù)及加載方法為依據(jù),采用I-DEAS有限元分析軟件,對(duì)DJ3機(jī)車(chē)司機(jī)室入口門(mén)進(jìn)行各種載荷工況下的有限元分析計(jì)算。結(jié)果表明,該司機(jī)室門(mén)的強(qiáng)度、剛度均滿足司機(jī)室門(mén)技術(shù)條件和司機(jī)室門(mén)承載試驗(yàn)的要求。
機(jī)車(chē) 司機(jī)室門(mén) 可靠性分析
鐵路機(jī)車(chē)在運(yùn)行時(shí)其司機(jī)室車(chē)門(mén)會(huì)受到各種力的作用,如果車(chē)門(mén)在受力后變形過(guò)大或產(chǎn)生塑性變形其關(guān)閉后不能保持正確的位置,那么對(duì)于整個(gè)機(jī)車(chē)司機(jī)室是不利的。所以既要保證司機(jī)室車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度,也使其剛度滿足要求性能可靠保證機(jī)車(chē)的安全運(yùn)行。本次主要對(duì)DJ3機(jī)車(chē)司機(jī)室入口門(mén)進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性研究。
DJ3機(jī)車(chē)司機(jī)室入口門(mén)扇鋼結(jié)構(gòu)主要由門(mén)骨架和門(mén)板組成,材質(zhì)分別是鋁合金6063-T5和Al3003。其中門(mén)骨架由邊梁、支撐、連動(dòng)鎖盒等組成,門(mén)板厚2mm。
司機(jī)室入口門(mén)的可靠性要求是門(mén)扇應(yīng)能達(dá)到如下所述的強(qiáng)度要求而不發(fā)生塑性變形:
(1)從內(nèi)向外施加在門(mén)扇上一個(gè)1500N的力,均勻地加在車(chē)門(mén)一半高度上200mm寬的區(qū)域內(nèi),門(mén)扇的撓度變形不超過(guò)8mm。
(2)施加在整個(gè)門(mén)寬度范圍的車(chē)門(mén)一半高度上200mm寬的區(qū)域內(nèi)3500N的力,門(mén)扇不產(chǎn)生永久變形,門(mén)關(guān)閉后能保持正確的位置。
(3)門(mén)板材料的應(yīng)力值不大于材料的屈服極限。鋁合金6063-T5屈服強(qiáng)度≥110MPa;Al3003屈服強(qiáng)度≥83~117MPa。
通過(guò)分析司機(jī)室入口門(mén)結(jié)構(gòu),進(jìn)行有限元分析時(shí)可以用板殼單元來(lái)模擬該結(jié)構(gòu)。所以進(jìn)行幾何建模時(shí)對(duì)于相應(yīng)的鋁合金型材的截面進(jìn)行如下的處理,如表1所示。通過(guò)以上的簡(jiǎn)化處理,在I-DEAS軟件中建立的司機(jī)室門(mén)骨架和門(mén)扇結(jié)構(gòu)的幾何模型和有限元模型如圖1和圖2所示。司機(jī)室門(mén)骨架有限元模型共劃分27965個(gè)單元,27061個(gè)結(jié)點(diǎn);司機(jī)室骨架和門(mén)板組成的門(mén)扇結(jié)構(gòu)有限元模型共劃分43321個(gè)單元,38712個(gè)結(jié)點(diǎn)。
3.1 司機(jī)室入口門(mén)承載試驗(yàn)的加載方法
(1)門(mén)扇上加1500N的載荷:1500N的載荷均布在門(mén)系統(tǒng)內(nèi)側(cè)一半高度200mm寬的區(qū)域上,方向由內(nèi)向外,2分鐘全卸載。
(2)門(mén)扇上加3500N的載荷:3500N的載荷均布在門(mén)系統(tǒng)內(nèi)側(cè)一半高度200mm寬的區(qū)域上,方向由內(nèi)向外,2分鐘全卸載。
3.2 計(jì)算載荷工況及其約束設(shè)置
根據(jù)司機(jī)室門(mén)承載試驗(yàn)的加載方法,得到本次有限元強(qiáng)度分析計(jì)算的載荷工況如下:
(1)司機(jī)室門(mén)自重+1500N載荷工況。
(2)司機(jī)室門(mén)自重+3500N載荷工況。
1500N與3500N的載荷均均布在門(mén)系統(tǒng)內(nèi)側(cè)一半高度200mm寬的區(qū)域上,方向由內(nèi)向外。門(mén)自重載荷的施加方向同上。
約束施加在門(mén)系統(tǒng)外側(cè)上下兩門(mén)合頁(yè)高度,左右各一處,限制此方向的位移。
3.3 計(jì)算結(jié)果及分析
(1)經(jīng)過(guò)有限元分析計(jì)算,在自重與1500N載荷工況的作用下:門(mén)骨架其的最大位移值為0.369mm,最大Mises應(yīng)力為25.9MPa;門(mén)扇結(jié)構(gòu)的最大位移值為1.07mm,發(fā)生在靠近連動(dòng)鎖盒的內(nèi)側(cè)門(mén)板處,結(jié)點(diǎn)的最大Mises應(yīng)力為31.8MPa。均滿足司機(jī)室技術(shù)條件的要求——在此載荷工況下,撓度變形不超過(guò)8mm;結(jié)點(diǎn)的位移和應(yīng)力分布如圖3所示:
圖1 司機(jī)室門(mén)骨架有限元分析模型
圖2 司機(jī)室門(mén)扇有限元分析模型
(2)經(jīng)過(guò)有限元分析計(jì)算,在自重與3500N載荷工況的作用下,門(mén)骨架結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)的最大位移值為0.842mm,結(jié)點(diǎn)的最大Mises應(yīng)力為58.9MPa,發(fā)生在左邊梁靠近上合頁(yè)的約束附近與門(mén)內(nèi)側(cè)面相垂直的位置;門(mén)扇結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)的最大位移值為2.47mm,結(jié)點(diǎn)的最大Mises應(yīng)力為73.9MPa,發(fā)生在靠近鎖盒和豎支撐的內(nèi)側(cè)門(mén)板處。均滿足司機(jī)室技術(shù)條件的要求——在此載荷工況下,門(mén)板材料的應(yīng)力值不大于材料的屈服極限。結(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布如圖4所示:
圖3 自重加1500N載荷工況下門(mén)骨架和門(mén)扇結(jié)構(gòu)的位移云圖
圖4 自重加3500N載荷工況下門(mén)骨架和門(mén)扇結(jié)構(gòu)Mises應(yīng)力云圖
表1 鋁合金型材截面幾何建模
本次DJ3機(jī)車(chē)司機(jī)室入口門(mén)有限元分析計(jì)算以司機(jī)室門(mén)技術(shù)條件和司機(jī)室門(mén)承載試驗(yàn)的參數(shù)及加載方法為依據(jù),分析了1500N和3500N載荷工況下門(mén)骨架和門(mén)扇結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。有限元分析計(jì)算的結(jié)果表明:在1500N載荷工況作用下,司機(jī)室門(mén)的最大位移值不超過(guò)8mm;在3500N載荷工況作用下,司機(jī)室門(mén)的最大Mises應(yīng)力不超過(guò)門(mén)板材料的屈服應(yīng)力。所以,DJ3機(jī)車(chē)司機(jī)室入口門(mén)的強(qiáng)度和剛度均滿足司機(jī)室門(mén)技術(shù)條件和司機(jī)室門(mén)承載試驗(yàn)的參數(shù)要求,性能可靠。
[1]司機(jī)室車(chē)門(mén)承載試驗(yàn).
[2]司機(jī)室側(cè)門(mén)技術(shù)條件.
[3]李偉,等.NX Master FEM 基礎(chǔ)教程.北京:清華大學(xué)出版社,2005.
[4]王旭.影響軌道車(chē)輛塞拉門(mén)安全性因素的研究[D].吉林大學(xué), 2014.
遼寧省教育廳項(xiàng)目(L2012164)。
王玉艷(1977—),女,黑龍江雞西人,講師,碩士,研究方向:機(jī)車(chē)車(chē)輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。