車(chē)輛車(chē)體靜強(qiáng)度仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)技術(shù)研究

仿真作為一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在各領(lǐng)域中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。軌道交通作為高科技領(lǐng)域，仿真技術(shù)在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為了滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)的提升對(duì)車(chē)體仿真精度越來(lái)越高的要求，逐步實(shí)現(xiàn)仿真預(yù)測(cè)試驗(yàn)的目標(biāo)，因此，需要進(jìn)行車(chē)體仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)技術(shù)的研究，通過(guò)仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)及模型修正手段逐步提高仿真精度，逐步實(shí)現(xiàn)仿真代替試驗(yàn)。

將普查績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)分為主要因素和次要因素，對(duì)于計(jì)算得到的各級(jí)權(quán)重?cái)?shù)值，對(duì)應(yīng)建立主要因素權(quán)重物元Rw i及次要因素權(quán)重物元Rwij：

目前，軌道車(chē)輛靜強(qiáng)度仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)工作研究者較少，中車(chē)青島四方的趙子豪等人基于仿真與試驗(yàn)對(duì)標(biāo)結(jié)果，研究了軌道車(chē)輛有限元仿真方法，最終獲得高置信度的模型，提高了仿真精度

；中車(chē)青島四方的趙紅偉等人對(duì)車(chē)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)仿真與試驗(yàn)一致性進(jìn)行了分析研究

；西南交通大學(xué)的姚亞濤等對(duì)比研究了不同點(diǎn)焊模擬的帽型梁仿真與試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明CWELD (ELPAT)以及CWELD(GRI-DID)焊點(diǎn)模擬方式仿真精度高、批處理方便以及建模時(shí)間短,可作為不銹鋼車(chē)體點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)仿真分析的首選模型

；中車(chē)青島四方所的陳志明等基于AAR和ROA標(biāo)準(zhǔn),對(duì)出口澳大利亞窄軌煤炭漏斗車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析,與靜強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,并根據(jù)分析結(jié)果提出了建議

。

1 車(chē)體結(jié)構(gòu)與有限元模型

該型不銹鋼城軌頭車(chē)車(chē)體采用由底架、車(chē)頂、側(cè)墻、端墻和司機(jī)室構(gòu)成的薄壁筒型整車(chē)承載結(jié)構(gòu)，除底架牽引梁、枕梁和內(nèi)邊梁等部位采用碳鋼材料外，其他部位采用奧氏體不銹鋼材料。底架采用無(wú)中梁結(jié)構(gòu)，由牽引梁、枕梁、緩沖梁、邊梁、橫梁、波紋地板等組成。車(chē)頂主要包括邊梁、彎梁、波紋頂板、外罩板等組成。側(cè)墻主要由側(cè)墻上邊梁、側(cè)墻外板、門(mén)立柱、窗立柱、橫梁和連接板等組成。端墻主要由端角柱、端彎梁、門(mén)立柱、橫梁、外端板等組成。司機(jī)室主要由口型梁骨架組成。本文規(guī)定沿軌道方向?yàn)閄方向，車(chē)軸軸線方向?yàn)閅向，垂直于軌面方向?yàn)閆向。

車(chē)體主要技術(shù)參數(shù)如下：車(chē)體整備質(zhì)量(m1)23401kg，定員載客質(zhì)量13560 kg，超員載客質(zhì)量17400 kg，轉(zhuǎn)向架質(zhì)量4703 kg /4423 kg，一位端客室空調(diào)質(zhì)量660 kg，二位端客室空調(diào)質(zhì)量660 kg，空壓機(jī)440 kg，輔助電源箱質(zhì)量1430 kg，蓄電池箱質(zhì)量1100 kg。

根據(jù)三維模型將車(chē)體結(jié)構(gòu)離散成有限元模型，網(wǎng)格平均尺寸為20mm，整個(gè)模型共有132.2萬(wàn)個(gè)單元，132.1萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，并賦予相應(yīng)的材料和屬性，有限元模型如圖1所示。根據(jù)BS EN12663-1:2010+A1：2014《鐵路應(yīng)用-鐵路車(chē)輛車(chē)身的結(jié)構(gòu)要求-第1部分：機(jī)車(chē)和客運(yùn)車(chē)輛》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各個(gè)工況的仿真計(jì)算，共21個(gè)靜強(qiáng)度工況。

2 車(chē)體靜強(qiáng)度試驗(yàn)介紹

試驗(yàn)按照BS EN12663-1:2010《鐵路應(yīng)用-鐵路車(chē)輛車(chē)身的結(jié)構(gòu)要求 第1部分 機(jī)車(chē)和客運(yùn)車(chē)輛(貨運(yùn)車(chē)輛可選法)》的有關(guān)要求進(jìn)行靜強(qiáng)度試驗(yàn)。為了使應(yīng)變片貼附緊密，應(yīng)該將貼附面打磨光滑。 在焊縫的邊緣等貼附曲率較小的部位貼附應(yīng)變片時(shí)，將貼附面打磨圓滑。

最后，施工部門(mén)要采取刮杠或者木抹子等設(shè)備進(jìn)行水泥漿處理，有效利用分層抹壓管理工序維護(hù)平整作業(yè)的管理效果，整合跳車(chē)管理項(xiàng)目的根本，也為整體施工項(xiàng)目質(zhì)量?jī)?yōu)化奠定基礎(chǔ)，真正實(shí)現(xiàn)管理工作和管理流程的全過(guò)程優(yōu)化，維護(hù)高速公路橋梁施工中伸縮縫工藝技術(shù)的流程化管理水平[5]。

約束條件：車(chē)體支承在4個(gè)空簧位

試驗(yàn)步驟：①傳感器信號(hào)清零;逐步施加垂向載荷至m0；②采集數(shù)據(jù);逐步施加垂向載荷,使得車(chē)體總質(zhì)量等于m1；③采集數(shù)據(jù);逐步施加垂向載荷,使得車(chē)體總質(zhì)量等于1.1m1；④采集數(shù)據(jù)；⑤逐步施加垂向載荷,使得車(chē)體總質(zhì)量等于m1+m3；⑥采集數(shù)據(jù);逐步施加垂向載荷,使得車(chē)體總質(zhì)量等于m1+m4；⑦采集數(shù)據(jù)逐步施加垂向載荷,使得車(chē)體總質(zhì)量等于1.3(m1+m3)；⑧采集數(shù)據(jù);逐步施加垂向載荷,使得車(chē)體總質(zhì)量等于1.3(m1+m4);采集數(shù)據(jù);卸掉垂向載荷；⑨檢查傳感器信號(hào)是否回到零位。

由于篇幅有限，本文只簡(jiǎn)單介紹以下最大垂直載荷工況的試驗(yàn)過(guò)程：

3 仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)流程

試驗(yàn)車(chē)體吊掛設(shè)備布置如圖2所示，有限元模型中吊掛設(shè)備布置如圖3所示。很明顯的可以看出仿真模型與試驗(yàn)車(chē)體設(shè)備布置不同，需要將仿真模型與試驗(yàn)車(chē)體設(shè)備布置保持一致。因此，將有限元模型中的吊掛設(shè)備去掉，相應(yīng)的載荷分?jǐn)傇诘匕迳稀?/p>

3.1 準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行車(chē)體靜強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)需進(jìn)行有限元模型和車(chē)體模型的一致性檢查工作。

(1)完整性檢查：檢查試驗(yàn)樣車(chē)中的主要承載零部件是否都包含在仿真模型中；

主要進(jìn)行以下檢查工作：

金葉榆是喜光樹(shù)種，但也耐陰、耐寒，光照不足時(shí)葉片會(huì)返綠。對(duì)士壤要求不高，但在砂壤土中生長(zhǎng)好、發(fā)枝多、樹(shù)冠形成快。通過(guò)白榆嫁接金葉榆技術(shù)，可擴(kuò)大園林綠化彩葉樹(shù)種苗資源，解決當(dāng)?shù)夭嗜~種苗匱乏的問(wèn)題。

(2)建模方式檢查：有限元模型的建模方法是否與試驗(yàn)車(chē)存在較大差異(如不等厚度的板材簡(jiǎn)化方式，焊縫的建模方法)，若差異較大可將連接方式記錄作為后續(xù)模型修正的指標(biāo)；

仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)規(guī)則主要包括選點(diǎn)原則，誤差率定義以及對(duì)標(biāo)結(jié)果評(píng)估準(zhǔn)則三個(gè)方面。(1)選點(diǎn)原則：車(chē)體靜強(qiáng)度試驗(yàn)在車(chē)身各個(gè)關(guān)鍵位置大約布置200個(gè)測(cè)點(diǎn)，本文中選取各個(gè)工況中利用率前20的測(cè)點(diǎn)作為仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)研究的參考點(diǎn)。

正如前文所說(shuō)，由于其監(jiān)管主體不明確，分時(shí)度假市場(chǎng)呈現(xiàn)出“準(zhǔn)入零門(mén)檻”的現(xiàn)狀對(duì)該市場(chǎng)秩序十分不利。以類(lèi)似于螞蟻短租的經(jīng)營(yíng)分時(shí)度假的互聯(lián)網(wǎng)短租平臺(tái)為例，當(dāng)分時(shí)度假的經(jīng)營(yíng)者無(wú)須經(jīng)過(guò)任何資質(zhì)認(rèn)定即可稱(chēng)為服務(wù)提供者且處于監(jiān)管灰色地帶時(shí)，違法成本極低，就出現(xiàn)了Airbnb的房東偷拍事件，增加了分時(shí)度假的風(fēng)險(xiǎn)。作為行業(yè)最低標(biāo)準(zhǔn)的“門(mén)檻”的缺失，使得分時(shí)度假市場(chǎng)的產(chǎn)品良莠不齊，市場(chǎng)秩序混亂。以“鄉(xiāng)村分時(shí)度假”形態(tài)為例，行業(yè)內(nèi)部經(jīng)營(yíng)層次，服務(wù)質(zhì)量，配套設(shè)施，在不同地區(qū)不同商家之間差距懸殊，而消費(fèi)者又無(wú)法快速辨別，就會(huì)出現(xiàn)信息不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致的市場(chǎng)秩序不規(guī)范。

(4)連接方式檢查：模型中的焊點(diǎn)位置、焊縫建模方式是否與試驗(yàn)車(chē)一致。

3.2 邊界條件確定

參照EN12663標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)驗(yàn)證有限元模型邊界條件及試驗(yàn)邊界條件是否與標(biāo)準(zhǔn)一致，為實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)要求，應(yīng)優(yōu)先保證仿真邊界與試驗(yàn)邊界一致。

在上述對(duì)標(biāo)規(guī)則下進(jìn)行仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)研究，根據(jù)試驗(yàn)貼片位置在有限元模型中定位相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)的位置，并將仿真應(yīng)力值與試驗(yàn)應(yīng)力值進(jìn)行對(duì)比，由于篇幅有限，本文只展示最大垂直載荷工況中利用率前20測(cè)點(diǎn)的對(duì)標(biāo)結(jié)果，如表1所示。

3.3 有限元分析

按照確定后的有限元模型及邊界條件進(jìn)行仿真分析。分析使用Hyperworks軟件的Optistruct模塊基于線彈性材料模型進(jìn)行模擬。使用Hyperview軟件進(jìn)行后處理，將單元應(yīng)變與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)。

從圖2中可以看出，中部地區(qū)綠色礦山試點(diǎn)最多，占總量的34%，其次是西部地區(qū)，占總量的33%。雖然西部地區(qū)總體數(shù)量不少，但考慮到西部地區(qū)礦產(chǎn)資源富集程度和開(kāi)發(fā)潛力，這一比例并不算高，其中資源稟賦較好的青海、貴州、西藏等地，綠色礦山試點(diǎn)明顯偏少，存在區(qū)域結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象。

3.4 仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)規(guī)則

(3)單元質(zhì)量檢查：檢查模型中是否出現(xiàn)長(zhǎng)寬比、單元翹曲角、雅克比、內(nèi)角異常的單元，若存在需及時(shí)修正，保證進(jìn)行仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)的模型網(wǎng)格質(zhì)量符合要求；

(2)誤差率定義：本文以某型不銹鋼城軌車(chē)輛頭車(chē)為研究對(duì)象得到現(xiàn)有仿真結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的原始誤差來(lái)定于誤差率。

誤差率=|(仿真數(shù)據(jù)-試驗(yàn)數(shù)據(jù))/試驗(yàn)數(shù)據(jù)|×100%

(3)對(duì)標(biāo)結(jié)果分析：每個(gè)工況，對(duì)標(biāo)結(jié)果均以表格形式展示，包括各個(gè)對(duì)標(biāo)測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)、安全系數(shù)、仿真數(shù)據(jù)及誤差率，將誤差率分為優(yōu)良中差4個(gè)等級(jí)，當(dāng)誤差率絕對(duì)值小于等于10%，誤差等級(jí)為優(yōu)，誤差很小,無(wú)需進(jìn)一步討論；當(dāng)誤差率絕對(duì)值大于10%并且小于等于20%，誤差等級(jí)為良，誤差較小,無(wú)需進(jìn)一步討論；當(dāng)誤差率絕對(duì)值大于20%并且小于等于40%，誤差等級(jí)為中，誤差較大,需對(duì)可能原因予以簡(jiǎn)要解釋?zhuān)划?dāng)誤差率絕對(duì)值大于40%，誤差等級(jí)為差，誤差很大,需對(duì)可能原因予以簡(jiǎn)要解釋。

王榮生教授將教材選文分為四種類(lèi)型：定篇、例文、樣本、用件?！岸ㄆ钡牟牧蠎?yīng)該是一篇完整的、沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何刪改的經(jīng)典作品；“例文”的材料要能夠“足以例證知識(shí)”；“樣本”的材料要注重典型性；“用件”的實(shí)質(zhì)是提供信息、介紹資料，使學(xué)生獲知所講的事物。

在作文教學(xué)中，“情”“理”“法”是寫(xiě)好作文的三大關(guān)鍵點(diǎn)，教師在作文教學(xué)中引領(lǐng)學(xué)生把握好這三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，就能逐步征服作文教學(xué)這片“海洋”。

根據(jù)行業(yè)要求，全部工況參與對(duì)標(biāo)分析的測(cè)點(diǎn)中80%滿足仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)誤差率絕對(duì)值≤20%，則該仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)結(jié)果合格。本次參與對(duì)標(biāo)分析的所有測(cè)點(diǎn)仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)結(jié)果合格率為70%，與要求有一定的差距。因此，需要對(duì)有限元模型進(jìn)行修正。

4 模型修正方案

在保證仿真與試驗(yàn)邊界一致的前提下，仿真試驗(yàn)結(jié)果存在誤差的原因在于有限元建模與試驗(yàn)車(chē)體之間存在著差異，最主要的影響因素有以下兩點(diǎn)：一是設(shè)備布置；二是連接關(guān)系。

車(chē)體靜強(qiáng)度仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)共分為三部分：(1)試驗(yàn)前準(zhǔn)備(主要是有限元模型與施工圖紙的一致性和正確性檢查)，重點(diǎn)檢查牽引緩沖梁、枕梁、底架、門(mén)框和窗框區(qū)域。(2)車(chē)體試驗(yàn)(包括應(yīng)變片的布置方案、仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)流程等)。(3)模型修正(基于試驗(yàn)結(jié)果的有限元模型修正流程)。

對(duì)于不銹鋼車(chē)來(lái)說(shuō)，連接關(guān)系對(duì)仿真結(jié)果影響較大的點(diǎn)主要是枕梁內(nèi)外邊梁之間的連接。不銹鋼車(chē)枕梁內(nèi)外邊梁結(jié)構(gòu)為外部的不銹鋼槽型梁與內(nèi)部口型梁通過(guò)焊接關(guān)系連接在一起，包括立面的塞焊與口型梁邊位置的通長(zhǎng)縫焊。在有限元建模時(shí)考慮了內(nèi)外邊梁之間的焊接關(guān)系，沒(méi)有考慮內(nèi)外邊梁之間的接觸關(guān)系。

通過(guò)對(duì)影響仿真結(jié)果因素的分析，提出以下三個(gè)修正方案：

(1)將有限元模型中的吊掛設(shè)備去掉，相應(yīng)的載荷均攤在地板上；

(2)在方案1的基礎(chǔ)上，內(nèi)外邊梁之間建立TIE接觸；

企業(yè)在海外投資、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理的過(guò)程中，需要本著“思維全球化和行動(dòng)當(dāng)?shù)鼗钡脑瓌t來(lái)進(jìn)行跨文化管理.企業(yè)在所在國(guó)雇用當(dāng)?shù)芈殕T，必須熟悉當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗習(xí)慣，洞察當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)動(dòng)向，遵守當(dāng)?shù)馗黜?xiàng)法律法規(guī).本土化策略可以降低企業(yè)跨國(guó)經(jīng)營(yíng)的高昂費(fèi)用，促進(jìn)與當(dāng)?shù)厣鐣?huì)文化的融合，有利于所在國(guó)經(jīng)濟(jì)安全，增加所在國(guó)的就業(yè)機(jī)會(huì)，加速所在國(guó)與國(guó)際接軌.

(3)在方案1的基礎(chǔ)上，內(nèi)外邊梁之間建立非線性接觸。

將修正后的有限元模型重新進(jìn)行仿真分析，再次進(jìn)行仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)，還是以最大垂直載荷工況為例進(jìn)行展示，相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)在模型修正前后對(duì)標(biāo)結(jié)果如表2所示。

僅僅通過(guò)上表中的對(duì)標(biāo)結(jié)果就可以看出，模型經(jīng)過(guò)三次修正后仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)合格率有了很大的提高。通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行修正，參與對(duì)標(biāo)分析的全部測(cè)點(diǎn)的對(duì)標(biāo)合格率由原始方案的70%提高到方案3的80%，達(dá)到了對(duì)標(biāo)要求。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)有限元模型修正前后的對(duì)標(biāo)結(jié)果進(jìn)行分析可以看出，在保證仿真與試驗(yàn)車(chē)外吊掛設(shè)備一致的前提下，不銹鋼城軌車(chē)輛端部底架內(nèi)外邊梁建立非線性接觸，仿真結(jié)果更加接近試驗(yàn)結(jié)果，使仿真更好的預(yù)測(cè)試驗(yàn)。

需求情況：氮肥方面，農(nóng)業(yè)需求總體清淡，各地基本無(wú)用肥需求；工業(yè)需求一般，下游按需采購(gòu)，膠板廠受環(huán)境污染治理等工作影響，復(fù)合肥企業(yè)淡季檢修，開(kāi)工率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，對(duì)尿素采購(gòu)需求減少。磷肥方面，國(guó)內(nèi)西北地區(qū)冬儲(chǔ)市場(chǎng)已啟動(dòng)，甘肅地區(qū)廠家已將訂單簽訂至次年2月份；長(zhǎng)江和云南地區(qū)企業(yè)仍以出口市場(chǎng)為主，集港發(fā)運(yùn)較快，新訂單零星。鉀肥方面，復(fù)合肥企業(yè)開(kāi)工率下降，對(duì)鉀肥采購(gòu)需求減少。復(fù)合肥方面，華北地區(qū)秋季備肥市場(chǎng)掃尾，華東地區(qū)秋季備肥可持續(xù)到10月底，南方果蔬用肥需求展開(kāi)，基層剛性農(nóng)需釋放。

(2)針對(duì)仿真試驗(yàn)對(duì)標(biāo)中仍然存在著有一些對(duì)標(biāo)點(diǎn)的誤差較大，針對(duì)這一問(wèn)題本文給出的解釋以及建議是：模型網(wǎng)格為20mm比應(yīng)變片的大小要大，這也會(huì)導(dǎo)致仿真與試驗(yàn)之間存在誤差，特別是在應(yīng)力梯度比較大的位置，誤差會(huì)更大一些。因此建議將測(cè)點(diǎn)位置的網(wǎng)格細(xì)化，使得仿真與試驗(yàn)對(duì)比準(zhǔn)確性提高。

[1]趙子豪，趙思聰，戴昆，王超穎，廖佩詩(shī). 基于仿真與試驗(yàn)對(duì)標(biāo)的軌道車(chē)輛有限元仿真優(yōu)化方法研究[J]. 鐵道車(chē)輛，2021(4): 21-24.

[2]趙紅偉，田愛(ài)琴，王萬(wàn)靜，丁叁叁. 車(chē)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)仿真與試驗(yàn)一致性分析[J]. 大連交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2011(6): 26-29.

[3]姚亞濤，肖守訥，朱濤. 基于不同點(diǎn)焊模擬的帽型梁仿真與試驗(yàn)對(duì)比[J]. 鐵道機(jī)車(chē)與動(dòng)車(chē)，2016(11): 15-19,42.

[4]陳志明，田葆栓. 基于AAR和ROA標(biāo)準(zhǔn)對(duì)出口澳大利亞煤炭漏斗車(chē)的仿真分析和試驗(yàn)研究[J]. 鐵道車(chē)輛，2015(8): 12-16.