某地铁车体静强度分析及试验验证李娅娜+张宇婷+韩肖摘要：为优化某地铁中间车结构，缩短设计周期，建立车体有限元分析模型；依据EN12663-2010标准，计算车体有限元模型在主要工况下的应力分布，并将仿真结果与试验数据进行对比分析.大多数点的仿真结果与试验数据很接近，误差大多数在10%以内，表明计算建模可靠；同时发现个别误差较大点所在位置，分析误差产生的原因.关键词：地铁；车体；有限元；应力；试验：U270.33；TB115.1文献标志码：BAbstract：Tooptimizethestructureofasubwaymiddlecarandshortenthedesigncycle，afiniteelementanalysismodelofcarbodyisbuilt.AccordingtothestandardEN12663-2010，thestressdistributionofthefiniteelementmodeliscalculatedinthemaincases，andthesimulationresultiscomparedwiththetestdata.Thesimulationresultsofmostofthepointsareveryclosetothetestdataandthemosterrorsarewithin10%.Itshowsthatthemodelforcalculationisreliable.Atthesametime，afewpointswithlargeerrorarelocatedandthecausesareanalyzed.Keywords：subway；carbody；finiteelement；stress；test0引言随着城市人口的急速增长，地面车辆增加较快，交通拥堵现象严重.地铁车具有运量大、速度快、运营模式灵活以及节约地面空间等优势，对大城市交通的积极作用日益被人们所认识.[1-4]随着轨道车辆轻量化和高速化的需求及铝型材加工技术的不断提升，作为地铁车的一种新思路，钢铝混合车以其集合铝材料质量轻和钢材料强度高两者的显著优点[5]，在世界各国城市交通和铁道运输领域得到越来越广泛的应用.有限元分析已被证明是一种经济有效的设计分析手段.[6]有限元分析的正确性和精确性依赖于分析全过程每个环节误差的控制，及其环环相扣的误差积累程度，可能的误差包括：1）几何模型本身的误差，例如车体各部分板厚、焊接关系以及部件之间的连接关系；2）几何模型在有限元离散过程中产生的误差，包括网格的离散、连接关系的处理、边界条件的近似和载荷条件的近似等多种因素；3）有限元分析中代数方程组求解过程中产生的误差，例如单元刚度矩阵数值积分、迭代求解的近似计算误差、计算机的舍入误差等；4）有限元计算软件系统的编程误差.要获得正确可靠的分析结果，每一阶段的误差都不能忽视.[7]对复杂结构进行有限元分析，判断分析结果准确性的重要指标是其计算结果与试验数据的符合程度.针对地铁列车车体的结构和承载特点，基于有限元建模软件HyperMesh和性能分析软件ANSYS，建立某地铁中间车体有限元模型，根据相关标准分析评价车体结构的静强度，并将车体静强度5个工况的仿真结果与试验的测点数据进行对比分析，讨论仿真结果与试验数据之间差异的影响因素.1车体结构特点该地铁车体的主体结构由底架、侧墙、端墙和车顶组成.车体基本结构是底架无中梁的铝合金整体承载焊接结构，侧墙断面为鼓形.侧墙、端墙和车顶为铝合金结构，底架为钢铝混合结构，其中缓冲梁、枕梁为钢结构，其余如地板、横梁等为铝合金结构.整体采用筒形结构，传力结构为整体承载方式，即车体关键受力部位在承受外部变载荷后，通过焊接在一起的型材将外部载荷传递到车体各个部位，进而车体发生相应变形.[8-10]车体进行组装时，车顶、侧墙、端墙和底架结构间采用焊接方式连接，铝合金结构与钢结构之间铆接连接，确保连接可靠.2车体结构有限元计算2.1车体有限元模型根据该地铁车几何模型进行有限元网格划分，具体建模描述如下.1）车体大部分结构，如车顶、侧墙、端墙、底架等，采用4节点薄壳单元（SHELL181）模拟，充分考虑横向的剪切刚度.作为承载的主要结构，车体底架划分网格时使用较小的网格，尺寸为15～20mm.车顶侧墙中部结构比较规则，除窗角、门角外应力一般不太大，因此采用较为稀疏的网格，尺寸为20～30mm.2）车体上铝合金结构和钢结构存在铆接工艺，建模时用BEAM188单元模拟；铝合金型材搭接部位的焊接关系用RIGID刚性单元模拟.3）车体模型无重力加速度，车体钢结构质量用质量单元的形式平铺在地板面上，以完全模拟试验过程.车顶2组空调质量均为0.7t，用质量单元MASS21模拟，并用RBE3单元...