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由于鋁質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高，易于擠壓成型，有利于車(chē)輛輕量化，近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，鋁合金車(chē)體取得長(zhǎng)足發(fā)展。為確保所設(shè)計(jì)的地鐵鋁合金車(chē)體具有足夠強(qiáng)度和剛度，分垂直總載荷、縱向壓縮(拉伸)、頂車(chē)與風(fēng)載荷及其組合等12種工況，采用有限元分析軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析計(jì)算，為其結(jié)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化提供依據(jù)。
所設(shè)計(jì)的車(chē)體為采用大型中空鋁合金擠壓型材的地鐵B2型鼓形車(chē)體，主要技術(shù)參數(shù)為車(chē)輛長(zhǎng)度19m；車(chē)體外側(cè)最大寬度2.884 m；車(chē)輛定距12.6m；車(chē)頂高度(距軌面)3.8 m；地板面高度(距軌面)1.1 m；整車(chē)車(chē)體自重力202.4 kN。車(chē)體結(jié)構(gòu)由底架、端墻、側(cè)墻與車(chē)頂4類(lèi)大部件及其連接件共同組焊而成，各大部件均由沿車(chē)體通長(zhǎng)的大型中空封閉斷面鋁型材擠壓模塊相聯(lián)結(jié)而成，具體結(jié)構(gòu)如下：(1)底架是車(chē)體組成的基礎(chǔ)，車(chē)輛的走行裝置及連接緩沖裝置都直接與底架相連，采用3種擠壓模塊共7長(zhǎng)條拼焊成整塊地板梁。牽引梁與緩沖梁組成、枕梁、端梁、小橫梁及角柱均以地板梁為基礎(chǔ)，焊接在其底部。牽引梁與緩沖梁預(yù)先形成一丁字形組件，牽引梁尾部直接與枕梁相連，將牽引力傳遞到枕梁的牽引銷(xiāo)及其兩端的下側(cè)梁，枕梁則采用鋁板焊成的箱形結(jié)構(gòu)。(2)端墻以左、右對(duì)稱(chēng)的端墻板為基礎(chǔ)，由橫向梁聯(lián)結(jié)，端墻板內(nèi)豎向板梁式柱子也采用了空心截面的擠壓模塊。(3)側(cè)墻由4種擠壓模塊用縱向焊縫拼焊成整體后，再用短柱焊出其豎向立柱和切割出門(mén)窗。車(chē)頂上側(cè)梁與底架下側(cè)梁通過(guò)側(cè)墻相聯(lián)結(jié)，使車(chē)體成為強(qiáng)大的垂向承載構(gòu)件。(4)車(chē)頂部分因安裝空調(diào)機(jī)組及受電弓的需要，有一些“局部結(jié)構(gòu)”與“一般結(jié)構(gòu)”，“一般結(jié)構(gòu)”由8長(zhǎng)條擠壓型材拼焊而成，其下部用彎梁支托，彎梁與側(cè)墻的門(mén)、窗柱在同一橫截面上，另車(chē)窗及車(chē)門(mén)中部也布置了一根彎梁。
根據(jù)鋁合金車(chē)體由大型中空擠壓型材焊接而成的特點(diǎn)，建模時(shí)按偏安全原則，盡可能細(xì)致地離散車(chē)體。由于該車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)及載荷沿車(chē)體垂向中央平面對(duì)稱(chēng)，故取1/2車(chē)體建立結(jié)構(gòu)離散力學(xué)模型。車(chē)體地板、車(chē)頂、側(cè)墻和端墻按照中空型材的斷面采用板單元加以建模；梁?jiǎn)卧饕糜谀M門(mén)柱、窗柱、窗臺(tái)、車(chē)頂彎梁、底架小橫梁和端墻角柱、門(mén)框柱、門(mén)頂及空調(diào)坑橫梁。半車(chē)車(chē)體共有結(jié)點(diǎn)32278個(gè)，板單元21146個(gè)，梁?jiǎn)卧?80個(gè)。
空車(chē)垂直載荷即車(chē)體自重力為202.4 kN，考慮1/2車(chē)體，地板面均布載荷q=3.332kN/時(shí)；集中載荷P1=8.731 kN，為空調(diào)機(jī)組質(zhì)量，作用于車(chē)端頂部，P2=4.4145kN，為車(chē)鉤連接裝置質(zhì)量，作用于車(chē)鉤支座上;滿載垂直載荷，根據(jù)建設(shè)部有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定B型車(chē)滿載時(shí)乘客人數(shù)為310人，每人按照60 kg計(jì)算，載荷W= 310X60X9.81/1000 = 182.466 kN，加上車(chē)體自重，滿載時(shí)地板面均布載荷q=6.784 kN/時(shí)；牽引梁車(chē)鉤安裝座處水平縱向拉伸力(壓縮力)為1.0MN；風(fēng)載荷qf= 700N/時(shí)，作用在車(chē)體一側(cè)。參照相關(guān)規(guī)范，確定計(jì)算工況為空車(chē)垂直載荷1、滿載垂直載荷2、載荷1+縱向壓縮力、載荷2+縱向壓縮力、載荷1+縱向拉伸力、載荷2+縱向拉伸力、單獨(dú)縱向壓縮力、單獨(dú)縱向拉伸力、空車(chē)對(duì)稱(chēng)頂車(chē)(頂車(chē)位置在車(chē)體兩端緩沖梁的下平面處)、空車(chē)對(duì)角頂車(chē)(頂車(chē)位置由4個(gè)改為對(duì)角兩個(gè)頂車(chē)點(diǎn))、空車(chē)一端連轉(zhuǎn)向架頂車(chē)(底架一端枕梁的兩端下平面處頂車(chē)，轉(zhuǎn)向架連同車(chē)體吊起)、單獨(dú)風(fēng)載荷作用。
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