對某動車組污物箱的聯(lián)接螺栓強度進行非線性有限元分析

劉德壯

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鐵道車輛學(xué)院，吉林 132000）

動車組污物箱作為車下設(shè)備的組成部分，通過聯(lián)接螺栓與車體底架結(jié)構(gòu)進行連接，聯(lián)接螺栓的強度性能直接影響動車組運行的安全性，因此需要對污物箱聯(lián)接螺栓進行接觸非線性有限元分析。

1 基本算法

對污物箱聯(lián)接螺栓進行靜強度分析時，需要保證其應(yīng)力值小于材料的許用應(yīng)力[1]，即式1所示：

式中[σ]為許用應(yīng)力值；σs為對應(yīng)材料的屈服極限；σ為車體各部件的計算應(yīng)力值或試驗應(yīng)力，n為安全系數(shù)。

污物箱聯(lián)接螺栓的材料參數(shù)如表1所示：

表1 污物箱材料參數(shù)表

2 動車組設(shè)備艙結(jié)構(gòu)靜強度分析

2.1 有限元模型

在Hypermesh仿真軟件中采用實體單元與接觸單元結(jié)合的方法對聯(lián)接螺栓進行建模，利用該方法進行螺栓聯(lián)接模擬時，不僅能夠較準確地反映螺栓的預(yù)緊力、摩擦、滑移等影響同時還能夠反映接觸、屈服等非線性特性，計算結(jié)果的準確性較高[2]。

有限元分析模型如圖1和圖2所示：

2.2 載荷及邊界條件

根據(jù)EN12663：2010標準[3]中附屬設(shè)備的載荷工況規(guī)定，在計算工況中選取主要的二種靜強度工況，如表2所示：

表2 污物箱聯(lián)接螺栓強度分析工況

位移約束為與污物箱連接的車體底架斷面約束為 x=0，y=0，z=0。

2.3 靜強度分析結(jié)果

采用ANSYS分析軟件對污物箱的聯(lián)接螺栓進行非線性有限元強度分析。其強度分析最大結(jié)果如圖3、圖4所示：

圖3 載荷工況一作用下應(yīng)力云圖

圖4 載荷工況二作用下應(yīng)力云圖

如圖3、圖4所示，在載荷工況一和工況二作用下，該污物箱聯(lián)接螺的最大Von.Mises應(yīng)力分別為496MPa和481MPa，最大應(yīng)力發(fā)生在螺栓桿上。

3 結(jié)語

根據(jù)ANSYS分析軟件有限元分析計算結(jié)果，在二種載荷工況作用下，該污物箱聯(lián)接螺栓的最大Von.Mises應(yīng)力均小于螺栓的屈服強度640MPa。因此二種工況下污物箱聯(lián)接螺栓接觸強度均滿足設(shè)計要求。