懸掛式單軌車體強(qiáng)度分析

懸掛式單軌是一種行駛在空中的新型現(xiàn)代城市交通形式，它的轉(zhuǎn)向架在車體上方，放置于下方的開口軌道梁內(nèi)

。它具有造價低、節(jié)約土地、載客量大、噪音低、爬坡能力高、節(jié)能環(huán)保，環(huán)境友好、可拆卸和重復(fù)利用、適應(yīng)地形能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在我國大量的旅游城市中具有廣闊的應(yīng)用前景

。

大數(shù)據(jù)背景下，企業(yè)的地理位置之間的競爭優(yōu)勢逐漸降低，上級政府部門也逐漸取消了很多的保護(hù)政策，這給我國企業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的挑戰(zhàn)。企業(yè)在管理的過程中，最基本的就是要實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的合理分析，并為之所用，以此來實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)信息的有效對接。大數(shù)據(jù)背景下，積極地創(chuàng)新優(yōu)化企業(yè)管理模式，不僅能夠有效地降低企業(yè)管理成本，而且還能夠在很大程度上促進(jìn)企業(yè)競爭力的提升。

目前國內(nèi)的懸掛式單軌交通項(xiàng)目較少，有意或者正在建設(shè)的項(xiàng)目有貴州安順黃果樹、陜西韓城、長沙大王山和成都大邑

，因此懸掛式單軌的研究相對偏少，文獻(xiàn)[3,4]對懸掛式單軌交通的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用適應(yīng)性開展了研究；中車青島四方所的康興東等

介紹了德國懸掛式單軌的情況；西南交通大學(xué)針對懸掛式單軌車輛的曲線通過能力和動力學(xué)性能開展了較多的研究

；西南交通大學(xué)的戴鑫亮等分析了懸掛式單軌車輛的搖枕強(qiáng)度

;西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院的劉莉等分析了懸掛式單軌車輛中心銷的強(qiáng)度和剛度

；中車南京浦鎮(zhèn)的張弛等對懸掛式單軌車輛車體強(qiáng)度評估工況開展了研究，制定了其靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和剛度評估方法

。

本文針對某懸掛式單軌車輛中間車車體結(jié)構(gòu)，依據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 12663-1: 2010+A1:2014《鐵路應(yīng)用—鐵路車輛車身的結(jié)構(gòu)要求—第1部分：機(jī)車和客運(yùn)車輛》進(jìn)行靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和模態(tài)的分析與評價，采用BS EN 1999-1-3 Eurocode 9: Design of aluminium structures-Part 1-3: Structure susceptible to fatigue標(biāo)準(zhǔn)對焊縫進(jìn)行疲勞評價。

1 車體結(jié)構(gòu)與有限元模型

與常規(guī)鋁合金地鐵車輛相似，懸掛式單軌車輛中間車車體結(jié)構(gòu)也是由端墻、側(cè)墻、車頂和底架焊接而成的承載結(jié)構(gòu)。車體長度9630mm，最大寬度2400mm，車輛定距6900mm。車體各部位所用型材材料均為EN AW-6005A，板材材料均為EN AW-5083。材料基本力學(xué)性能如表1所示。整備狀態(tài)下的車體質(zhì)量7900kg，單個轉(zhuǎn)向架質(zhì)量3000kg，定員乘客重量5100kg，超員乘客質(zhì)量6000kg。采用HyperMesh建模，由于整個車體的骨架結(jié)構(gòu)主要為鋁合金型材、板材等部件焊接結(jié)構(gòu)，故該車體的有限元模型主要采用四節(jié)點(diǎn)四邊形板殼單元quad4，部分采用三節(jié)點(diǎn)三角形單元tria3，施加載荷及約束部位采用剛性桿單元。網(wǎng)格平均尺寸為20mm，整個模型共有73.6萬個單元，63.9萬個節(jié)點(diǎn)。有限元模型如圖1所示,有限元計(jì)算采用Optistruct。

2 分析工況和評定標(biāo)準(zhǔn)

2.1 分析工況

依據(jù)EN 12663-1: 2010+A1:2014《鐵路應(yīng)用—鐵路車輛車身的結(jié)構(gòu)要求—第1部分：機(jī)車和客運(yùn)車輛》標(biāo)準(zhǔn)，懸掛式單軌車輛屬于P-V等級。

靜強(qiáng)度分析工況包括8個工況：①分析工況1：最大垂直載荷(1.3AW3)；②分析工況2：車鉤縱向200kN壓縮載荷+垂直載荷AW0；③分析工況3：車鉤縱向150kN拉伸載荷+垂向載荷AW0；④分析工況4：車鉤縱向200kN壓縮載荷+垂向載荷AW3；⑤分析工況5：車鉤縱向150kN拉伸載荷+垂向載荷AW3；⑥分析工況6：整車抬車；⑦分析工況7：三點(diǎn)支撐(一位端)；⑧分析工況8：三點(diǎn)支撐(二位端)。

在分析工況4的作用下，車頂緩沖梁型材的vonMises應(yīng)力最大，數(shù)值為124.0MPa，該處為母材，小于型材的屈服強(qiáng)度200MPa，安全系數(shù)為1.61。該工況下，焊縫安全系數(shù)最小值為2.78，位置為端墻板與緩沖梁焊縫，vonMises應(yīng)力數(shù)值為41.3MPa，小于焊縫的屈服強(qiáng)度115MPa。

2.2 評定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)EN12663規(guī)定，車體在各工況下的最大von Mises應(yīng)力應(yīng)小于材料的屈服強(qiáng)度，并且安全系數(shù)大于等于1.15。若車體各工況會進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，則安全系數(shù)大于等于1。本文的安全系數(shù)要求為大于等于1。

對于疲勞工況，依據(jù)BS EN 1999-1-3: 2007 Eurocode 9: Design of aluminium structures-Part 1-3: Structure susceptible to fatigue標(biāo)準(zhǔn)對焊縫進(jìn)行疲勞評價。焊縫疲勞應(yīng)力范圍(最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力)的絕對值應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的疲勞極限。

為了校核車體結(jié)構(gòu)剛度，在分析工況1下計(jì)算該車體的車頂邊梁位移，根據(jù)《GB/T7928—2003地鐵車輛通用技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)要求，其數(shù)值要小于車輛定距的1‰(6.9mm)。在沒有車體位移約束的情況下，計(jì)算車體白車身和整備狀態(tài)下的固有頻率。

對傳統(tǒng)市面上的此類機(jī)器人進(jìn)行了細(xì)致的分析，并對第一代機(jī)器人Yellow-Bot進(jìn)行功能上的改進(jìn)與完善，將軌跡跟蹤運(yùn)用到機(jī)器人自動控制系統(tǒng)中，對環(huán)境傳感器的檢測值進(jìn)行了PID及算法的穩(wěn)定性改進(jìn)，創(chuàng)新性地使用了自適應(yīng)的兩輪直立平衡底盤，以提高機(jī)動性與爬坡穩(wěn)定性，并完善了上位機(jī)操作控制界面系統(tǒng)，提高了機(jī)器人的整體UI交互能力.本文將從機(jī)器人功能性入手對各模塊設(shè)計(jì).

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 剛度計(jì)算結(jié)果

如圖2所示，在分析工況1(最大垂直載荷1.3AW3)下，車體車頂邊梁中部最大下?lián)?.26mm，該數(shù)值小于車輛定距的1‰(6.9mm)。因此，該車體的剛度滿足《GB/T7928—2003地鐵車輛通用技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)要求。

在給排水控制系統(tǒng)運(yùn)行中，通過對PLC的引入與使用，也能為其數(shù)據(jù)采集方式的優(yōu)化及效率的提高提供保障，具體表現(xiàn)為：

3.2 靜強(qiáng)度位移計(jì)算結(jié)果

根據(jù)BS EN 1999，各疲勞工況下三號窗窗下角焊縫屬于表J.7中的7.3.2類，其疲勞極限為21.5MPa。計(jì)算結(jié)果如表2所示，應(yīng)力云圖如圖3所示。該焊縫在縱向疲勞工況時的疲勞應(yīng)力范圍絕對值最大，數(shù)值為20.1MPa，小于疲勞極限21.5MPa，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)BS EN 1999，各疲勞工況下一號門門上角焊縫屬于表J.7中的7.3.2類，其疲勞極限為21.5MPa。計(jì)算結(jié)果如表3所示，應(yīng)力云圖如圖4所示。該焊縫在縱向疲勞工況時的疲勞應(yīng)力范圍絕對值最大，數(shù)值為17.1MPa，小于疲勞極限21.5MPa，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 靜強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

根據(jù)紙瓦楞管的軸向壓縮變形曲線，可計(jì)算得到正三邊形、正四邊形、正五邊形、正六邊形的X向和Y向紙瓦楞管的緩沖吸能特性參數(shù)。表2和表3分別提供了管長110 mm的X向和Y向紙瓦楞管在12、48、72 mm/min 3種壓縮速率條件下的緩沖吸能特性結(jié)果。

在分析工況2的作用下，車頂緩沖梁型材的vonMises應(yīng)力最大，數(shù)值為123.9MPa，該處為母材，小于型材的屈服強(qiáng)度200MPa，安全系數(shù)為1.61。該工況下，焊縫安全系數(shù)最小值為2.79，位置為端墻板與緩沖梁焊縫，vonMises應(yīng)力數(shù)值為41.2MPa，小于焊縫的屈服強(qiáng)度115MPa。

在分析工況3的作用下，車頂緩沖梁型材的vonMises應(yīng)力與最大，數(shù)值為92.6MPa，該處為母材，小于型材的屈服強(qiáng)度200MPa，安全系數(shù)為2.16。該工況下，焊縫安全系數(shù)最小值為3.76，位置為端墻板與緩沖梁焊縫，vonMises應(yīng)力數(shù)值為30.6MPa，小于焊縫的屈服強(qiáng)度115MPa。

疲勞分析工況包括3個工況：①分析工況1：垂向疲勞工況，載荷為垂向(1±0.15)g的加速度載荷；②分析工況2：橫向疲勞工況，載荷為橫向±0.15g的加速度載荷；③分析工況3：縱向疲勞工況，載荷為縱向±0.2g的加速度載荷。

3.4.2 一號門門上角焊縫

在分析工況6的作用下，抬車座與邊梁焊縫的vonMises應(yīng)力最大，數(shù)值為47.1MPa，該處為焊縫，小于焊縫的屈服強(qiáng)度115MPa，安全系數(shù)為2.44。該工況下，母材安全系數(shù)最小值為5.38，位置為車頂滑槽，vonMises應(yīng)力數(shù)值為41.8MPa，小于母材的屈服強(qiáng)度225MPa。

在分析工況7的作用下，車頂滑槽型材的vonMises應(yīng)力最大，數(shù)值為168.3MPa，該處為母材，小于型材的屈服強(qiáng)度225MPa，安全系數(shù)為1.34。該工況下，焊縫安全系數(shù)最小值為1.04，位置為抬車座與邊梁焊縫，vonMises應(yīng)力數(shù)值為110.7MPa，小于焊縫的屈服強(qiáng)度115MPa。

在分析工況8的作用下，車頂滑槽型材的vonMises應(yīng)力最大，數(shù)值為152.3MPa，該處為母材，小于型材的屈服強(qiáng)度225MPa，安全系數(shù)1.48。該工況下，焊縫安全系數(shù)最小值為1.15，位置為抬車座與邊梁焊縫，vonMises應(yīng)力數(shù)值為99.7MPa，小于焊縫的屈服強(qiáng)度。

靜強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果滿足EN 12663標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 疲勞強(qiáng)度結(jié)果

根據(jù)疲勞計(jì)算結(jié)果選取危險點(diǎn)進(jìn)行分析，具體結(jié)果如下：

現(xiàn)有區(qū)域金融風(fēng)險研究更多屬于根據(jù)歷史資料的靜態(tài)風(fēng)險管理，通常忽略動態(tài)因素，或者為了簡便處理建立在線性相關(guān)假設(shè)上。未來研究將更加契合經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)開放而復(fù)雜的特點(diǎn)，充分考慮風(fēng)險因素的動態(tài)變化，構(gòu)建科學(xué)全面的指標(biāo)。模型選擇要多借鑒國外先進(jìn)研究經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)我國情形進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，克服數(shù)據(jù)搜集的困難，對區(qū)域金融風(fēng)險進(jìn)行精細(xì)嚴(yán)密的研究。

3.4.1 三號窗窗下角焊縫

在分析工況1下，底架邊梁下?lián)?.44mm，車頂邊梁下?lián)?.26mm，整車最大下?lián)?.25mm。分析工況2-5為車鉤類載荷工況，在此類工況下，底架邊梁下?lián)?.68mm，車頂邊梁下?lián)?.54mm，整車最大下?lián)?.60mm。分析工況6-8為抬車類工況，在此類工況下，底架邊梁下?lián)?.75mm，車頂邊梁下?lián)?.79mm，整車最大下?lián)?1.1mm。

在分析工況5的作用下，車頂緩沖梁型材的vonMises應(yīng)力最大，數(shù)值為92.5MPa，該處為母材，小于型材的屈服強(qiáng)度200MPa，安全系數(shù)為2.16。該工況下，焊縫安全系數(shù)最小值為3.78，位置為端墻板與緩沖梁焊縫，vonMises應(yīng)力數(shù)值為30.4MPa，小于焊縫的屈服強(qiáng)度115MPa。

“家里養(yǎng)幾只兔，種幾棵果樹，不能把一家人都綁這兒吧？”郭書鳳心里的小算盤又打起來，一天，她對李貴說，“你和大兒子出去找活兒干，我自己在家就可以了。”

3.5 模態(tài)結(jié)果

分別對白車身和整備狀態(tài)下的車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析。白車身狀態(tài)下的車體一階扭轉(zhuǎn)、一階垂彎和一階菱形固有頻率分別為13.81Hz、20.98Hz和23.17Hz。整備狀態(tài)下的車體一階扭轉(zhuǎn)、一階垂彎和一階菱形固有頻率分別為11.86Hz、12.85Hz和17.12Hz。

在分析工況1的作用下，側(cè)墻窗立柱下方側(cè)墻型材的vonMises應(yīng)力最大，數(shù)值為80.8MPa，該處為母材，小于型材的屈服強(qiáng)度215MPa，安全系數(shù)為2.66。該工況下，安全系數(shù)最小值為1.53，位置為底架邊梁與邊梁焊縫，vonMises應(yīng)力數(shù)值為75.1MPa，小于焊縫的屈服強(qiáng)度115MPa。

格力電器董事長兼總裁董明珠在“格力明珠產(chǎn)業(yè)學(xué)院”成立儀式上表示，“按照部署，格力電器到2023年?duì)I業(yè)收入要達(dá)到6000億元。這需要大量的管理人才、技術(shù)人才和創(chuàng)新性人才。”

4 結(jié)論

本文依據(jù)EN 12663標(biāo)準(zhǔn)對懸掛式單軌中間車車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和模態(tài)仿真，具體結(jié)論如下：

(1)在最大垂直載荷工況作用下，車頂邊梁中部下?lián)闲∮谲囕v定距的1‰，該車體結(jié)構(gòu)垂向剛度滿足《GB/T7928—2003地鐵車輛通用技術(shù)條件》的要求；

所有的故事都有雷同的情節(jié)，尤其是故事的開端。王樹林和伍亦苒的相識乏善可陳。伍亦苒所在的公司是王樹林公司的供貨商，王樹林作為最大的一家采購商自然享受著來自伍亦苒公司的巴結(jié)和討好，供貨和采購之間的關(guān)系千絲萬縷，但宗旨只有一個：利潤。為了在競爭中獲得最大的利潤，雙方在私底下都有一套心照不宣的生財之道。如此，任何一方直接對應(yīng)的聯(lián)系人的改變便不足為奇了。半年前，伍亦苒便出現(xiàn)在王樹林的電話號碼薄中。

通過各種途徑，以多種形式加強(qiáng)高等學(xué)校財務(wù)人員的培訓(xùn)，讓財務(wù)人員了解《政府會計(jì)制度》的各項(xiàng)創(chuàng)新和所產(chǎn)生的重大變化，讓全體財務(wù)人員全面掌握《政府會計(jì)制度》和《政府會計(jì)準(zhǔn)則》的各項(xiàng)規(guī)定。同時，要求全體財務(wù)人員參與本單位多維科目體系的構(gòu)建和財務(wù)會計(jì)和預(yù)算會計(jì)“平行記賬”平臺的搭建，要求財務(wù)人員結(jié)合《政府會計(jì)制度》盡快掌握權(quán)責(zé)發(fā)生制度下相關(guān)經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)的會計(jì)核算方法。

(2)在所有車體靜強(qiáng)度載荷工況作用下，該車體結(jié)構(gòu)的vonMises應(yīng)力均小于材料的屈服強(qiáng)度，最小安全系數(shù)為1.04，該車體結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度滿足EN 12663標(biāo)準(zhǔn)要求。

(3)在所有車體疲勞強(qiáng)度載荷工況作用下，該車體結(jié)構(gòu)焊縫疲勞應(yīng)力均小于BSEN 1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的疲勞極限，該車體結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度滿足EN 12663標(biāo)準(zhǔn)要求。

(4)該車體結(jié)構(gòu)在整備狀態(tài)下的一階垂彎固有頻率為12.85Hz，該數(shù)值符合設(shè)計(jì)要求。

因此，懸掛式單軌中間車車體結(jié)構(gòu)的剛度、靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和模態(tài)結(jié)果滿足EN12663標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)設(shè)計(jì)要求。

[1]李梁，等. 懸掛式單軌車輛的特點(diǎn)及應(yīng)用[J]. 技術(shù)與市場，2017(12): 20-22.

[2]張弛，等. 懸掛式單軌車輛車體強(qiáng)度評估工況分析[J]. 機(jī)電信息，2019(12): 115-116.

[3]朱鵬飛.懸掛式單軌交通的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用展望[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2020(04): 96-100.

[4]宗君振.懸掛式單軌應(yīng)用于旅游景區(qū)的適應(yīng)性分析[J]. 價值工程，2020(05): 229-231.

[5]康興東，等.德國懸掛式單軌系統(tǒng)的技術(shù)與應(yīng)用[J]. 國外鐵道車輛，2020(05): 1-7.

[6]許文超.懸掛式單軌車動力學(xué)性能研究[D]. 西南交通大學(xué). 2014.

[7]劉雷雨.懸掛式單軌車輛動力學(xué)性能及動態(tài)包絡(luò)線研究 [D]. 西南交通大學(xué). 2018.

[8]李忠繼，等.懸掛式單軌列車曲線通過性能分析[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2020(04): 42-47.

[9]劉雷雨，等.懸掛式單軌車輛曲線通過性能分析[J]. 城市軌道交通研究，2019(04): 69-72.

[10]戴鑫亮，等.懸掛式單軌車輛搖枕強(qiáng)度分析[J]. 城市軌道交通研究，2019(03): 122-126.

[11]劉莉，等.懸掛式單軌列車轉(zhuǎn)向架中心銷強(qiáng)度與剛度分析[J]. 機(jī)械制造，2021(02): 24-30+37.