地鐵客室玻璃膠逢的計(jì)算

摘 要：目前國內(nèi)大多地鐵客室玻璃以及前風(fēng)擋玻璃都采用聚氨酯或者硅酮結(jié)構(gòu)膠粘接，粘接玻璃的膠逢寬度以及厚度是否能保證客室玻璃在地鐵運(yùn)行時(shí)不發(fā)生振動(dòng)以及脫落。通過膠廠家提供的結(jié)構(gòu)膠參數(shù)，然后通過計(jì)算來確定設(shè)計(jì)師所制定膠逢的寬度以及厚度是否滿足要求，這樣可以確保地鐵為乘客提供一個(gè)安全和舒適的運(yùn)行環(huán)境。文章以上海地鐵九號(hào)線三期為例來計(jì)算客室玻璃膠逢的寬度和厚度。通過結(jié)構(gòu)膠參數(shù)計(jì)算客室玻璃膠逢寬度以及厚度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：鐵道車輛；客室玻璃；粘接

1 概述

1.1 設(shè)計(jì)背景

上海九號(hào)線三期車輛車體側(cè)窗采用粘接結(jié)構(gòu)，現(xiàn)對(duì)其粘接結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證。

1.2 設(shè)計(jì)對(duì)象（圖1）

1.3 粘接結(jié)構(gòu)形式

側(cè)窗與車體鋼結(jié)構(gòu)的粘接結(jié)構(gòu)形式見圖2，所有窗的粘接接頭相同。

2 輸入信息

2.1 產(chǎn)品使用中的工況

海拔高度：≤1200m

環(huán)境溫度：-25℃～+40℃

多年平均日最高氣溫：25.5℃

2.2 沖擊

安裝于車體上設(shè)備的懸掛裝置，在任何方向應(yīng)能承受的最大沖擊加速度根據(jù)EN12663標(biāo)準(zhǔn)為：

縱向：±5g 其中g(shù)=9.81m/s2；

橫向：±3g 其中g(shù)=9.81m/s2；

垂向：±3g 其中g(shù)=9.81m/s2。

3 初選方案

基材材質(zhì)：見表1-側(cè)窗結(jié)構(gòu)粘接。

表面狀態(tài)：車體鋼結(jié)構(gòu)為底漆表面，玻璃為原始表面。

膠粘劑選則：根據(jù)工藝系統(tǒng)推薦，車窗與車體的粘接結(jié)構(gòu)膠選為Bostik Simson ISR 7008AP，密封膠選為Bostik Simson ISR 7003。

4 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

4.1 材料及參數(shù)

側(cè)窗為玻璃材質(zhì)，其熱膨脹系數(shù)為：α=8.4×10-6/K

側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為鋁型材6005A-T6，其熱膨脹系數(shù)為：α=23.2×10-6/K

4.2 風(fēng)險(xiǎn)性分析

車輛在使用中，將承受外力、環(huán)境等影響，因此對(duì)于粘接結(jié)構(gòu)將從熱膨脹性、機(jī)械受力和老化方面進(jìn)行分析。對(duì)于側(cè)窗粘接，用于粘接的側(cè)窗大小相同，每塊側(cè)窗的粘接面積相同，因此在這些側(cè)窗中任何一塊進(jìn)行分析，如果能夠滿足設(shè)計(jì)要求，那么其他的側(cè)窗一定能滿足要求。

4.3 熱膨脹性分析

粘接結(jié)構(gòu)-側(cè)窗與車體鋼結(jié)構(gòu)的粘接

客室窗的粘接：

窗尺寸為：1380×1026=1415880mm2

粘接面積：2×20×1026+2×20×（1380-40）=94640mm2

粘接劑用來粘接玻璃和鋁型材，則由熱膨脹系數(shù)不同造成的差異：

密封膠粘接厚度的計(jì)算：

玻璃與鋁框間溫度作用下結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)厚度：

a：在年溫差作用下玻璃與型材相對(duì)位移量（mm）；b：玻璃對(duì)角線長度（mm）；Δt：年溫差：70℃ （根據(jù)合同-25℃～+40℃）

a1：鋁型材線膨脹系數(shù)，23.2×10-6；a2：玻璃線膨脹系數(shù)，8.4×10-6；

a=bΔt（a1-a2）=1720×70×（23.2-8.4）×10-6=1.78mm

tan？酌=0.58

所以膠層厚度d=3.06mm

理論粘接厚度為7mm>3.1mm所以成立。

4.4 機(jī)械受力分析

假設(shè)側(cè)窗的重量為m，膠層的面積為A，側(cè)窗的面積為B，在運(yùn)行過程中側(cè)窗受重力、風(fēng)壓和動(dòng)載荷。車體坐標(biāo)見圖3。

重力，對(duì)于側(cè)窗粘接形成剪切，風(fēng)壓對(duì)于粘接形成受拉或受壓，X、Z方向的動(dòng)載荷對(duì)粘接形成剪切，Y方向的動(dòng)載荷對(duì)粘接形成受拉或受壓。

表1 側(cè)窗粘接計(jì)算結(jié)果

從表1中得出，側(cè)窗粘接的最大的剪切應(yīng)力為0.019MPa，最大的拉伸應(yīng)力為0.0007MPa：設(shè)計(jì)載荷在計(jì)算載荷基礎(chǔ)上需考慮安全系數(shù)，此系數(shù)為2；則最大的設(shè)計(jì)剪切載荷為0.019×2=0.038MPa；最大的設(shè)計(jì)拉伸載荷為0.0007×2=0.0014MPa。

4.5 老化分析

根據(jù)該車運(yùn)行情況分析，及在墻板下粘接，受UV影響不大，且運(yùn)行速度較低，環(huán)境較好，無鹽霧腐蝕問題，因此我們僅對(duì)該車進(jìn)行耐熱老化進(jìn)行評(píng)估，其他綜合衰減系數(shù)設(shè)置為0.9。

根據(jù)波士膠供應(yīng)商提供試驗(yàn)報(bào)告中得出：

老化前剪切強(qiáng)度：2.54MPa

老化后剪切強(qiáng)度：2.15MPa

疲勞前拉伸強(qiáng)度：3.22MPa

疲勞后拉伸強(qiáng)度：3.39MPa

耐濕熱老化系數(shù)：

剪切衰減：0.84

拉伸衰減：1.05

綜合衰減系數(shù)設(shè)置為（0.84+1.05）/2=0.9

所以：

經(jīng)衰減后的剪切強(qiáng)度：2.54*0.84*0.9=1.92MPa

經(jīng)衰減后的拉伸強(qiáng)度：3.22*0.95*0.9=2.75MPa

最大的設(shè)計(jì)剪切載荷為0.019×2=0.038MPa；

最大的設(shè)計(jì)拉伸載荷為0.0014×2=0.0028MPa

比較：

剪切強(qiáng)度：1.92MPa>0.038MPa

拉伸強(qiáng)度：2.75MPa>0.003MPa

通過計(jì)算及老化試驗(yàn)比較可知：可滿足載荷要求。

5 結(jié)論

BOSTIK ISR 7008AP可適合側(cè)窗粘接，滿足該項(xiàng)目在其運(yùn)營條件下的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。