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分类:论文范文 原创主题:蓄电池论文 发表时间: 2024-01-29

地铁车辆蓄电池箱强度与模态有限元仿真分析,本文是蓄电池类有关毕业论文怎么写和有限元和模态和蓄电池方面大学毕业论文范文.

姜焙晨 赵子豪 展旭和

(中车青岛四方机车车辆股份有限公司国家工程中心,山东青岛266111)

摘 要:使用有限元软件Hyperworks对地铁车辆蓄电池箱体进行四项仿真分析:静强度分析、疲劳强度分析、冲击响应分析和模态分析.其中,静强度与疲劳强度分析参照BSEN12663-1:2010《铁路应用-铁路车辆车身的结构要求第1部分:机车和客运车辆》;冲击响应分析参照标准IEC61373-2010中的I类要求.通过仿真计算得出以下结论:(1)静强度工况中,蓄电池箱的最大vonMises应力值小于材料的屈服极限;(2)疲劳强度工况中,蓄电池箱体的最大主应力值小于非打磨焊缝的疲劳极限;(3)冲击响应工况中,蓄电池箱体的最大vonMises应力值小于材料的屈服极限;(4)模态分析中,蓄电池箱的1阶固有模态频率值为23.339Hz.

关键词:有限元法;静强度;疲劳强度;冲击响应;模态

中图分类号:TB

文献标识码:A

doi:10.19311/j.cnki.16723198.2017.14.101

1前言

该型地铁车辆的蓄电池箱主要由箱体框架、蒙板、摆臂、电池台车、箱门、通气帽、配电箱和蓄电池组成.其中,箱体框架为主要承载部件,型材厚度主要是3mm和4mm.

蓄电池箱通过6个吊座,共6个孔,吊挂在车下,其安装形式如图1所示.根据蓄电池箱的吊挂位置,本文规定沿车体纵向为蓄电池箱的纵向(X向),沿车体垂向为蓄电池箱的垂向(Y向),沿车体横向为蓄电池箱的横向(Z向).

图1蓄电池箱安装形式

框架、下蒙板、摆臂、电池台车、轴承材料为不锈钢06Cr19Ni10,其他蒙板及箱门盖板材料为铝合金5083-H111.蓄电池箱各组成部件的材料参数如表1所示.

根据蓄电池箱组成的实际结构和尺寸建立几何模型,去除了部分对结构强度没有影响的电器件和孔洞,保留主要的承载结构.采用Hypermesh软件对蓄电池箱的几何模型进行有限元网格划分.

因为蓄电池箱结构属于弹性薄壳结构,所以分析中采用PSHELL单元,蓄电池及部分结构采用实体PSOLD单元,整个模型包括482552个单元和496286个节点,蓄电池箱有限元模型如图2所示.

图2蓄电池箱有限元模型

2计算工况及边界条件

依据BSEN12663-1:2010《铁路应用-铁路车辆车身的结构要求第1部分:机车和客运车辆》标准来制定蓄电池箱的静强度和疲劳强度分析的载荷,根据IEC61373-2010标准中I类的要求制定蓄电池箱的冲击载荷,制定如下计算载荷和工况.

2.1静强度工况

2.2疲劳强度工况

根据BSEN12663-1:2010,蓄电池箱疲劳强度计算工况如表3所示.

2.3冲击响应工况

冲击加速度:纵向为5g,横向为3g,垂向为3g.根据IEC61373-2010中的I类要求,冲击的加速度理想化为标准半波正弦(y等于Asinx),如图3所示.

图3加速度时间历程

2.4模态分析

计算蓄电池箱(包括蒙板)的前6阶模态,分别得到各阶模态所对应的振型图.

2.5边界条件

所有计算工况均对蓄电池箱吊座进行全约束,如图4所示.

图4蓄电池箱约束条件

3计算结果与分析

3.1静强度分析结果

由表4可以得出:静强度工况二下蓄电池箱体产生最大vonMises应力值105.8MPa,位置位于台车右后端与摆臂连接处,安全系数为1.98,所以蓄电池箱体的静强度满足标准要求.图5给出了静强度工况二下蓄电池箱体的应力云图.

3.2疲劳强度分析结果

由表5可以得出:疲劳强度工况七下蓄电池箱体产生最大主应力值25.7MPa,位置位于左前吊座处,未超过非打磨焊缝的疲劳极限,所以蓄电池箱体的疲劳强度满足标准要求.图6给出了蓄电池箱体疲劳强度工况七下的应力云图.

3.3模态分析结果

蓄电池箱体的模态分析结果如表6所示,其前6阶模态振型如图7所示.

3.4冲击响应分析结果

由表7可以得出:纵向冲击响应工况下蓄电池箱体产生最大vonMises应力值194.5MPa,位置位于电池台车与摆臂连接处,没有超过材料的屈服极限,所以蓄电池箱体的冲击响应满足标准要求.图8给出了蓄电池箱体纵向冲击响应工况的应力云图.

4结论

通过对蓄电池箱体进行静强度、疲劳强度、冲击响应工况和模态的仿真分析,得出如下结论.

(1)静强度分析中,蓄电池箱体的最大vonMises应力值为105.8MPa,位置位于台车右后端与摆臂连接处,安全系数为1.98,所以蓄电池箱体的静强度满足标准要求.

(2)疲劳强度分析中,蓄电池箱体的最大主应力值

〖FL)〗

〖FQ(+63mm\.170mm,X,BP-W〗

〖HS1*2〗〖CD170mm〗

为25.7MPa,位置位于左前吊座处,小于非打磨焊缝的

疲劳极限,所以蓄电池箱体的疲劳强度满足标准要求.

(3)冲击响应分析结果表明,在纵向冲击加速度作用下,蓄电池箱体的最大vonMises应力值为1945MPa,发生在纵向冲击工况中,位置位于电池台车与摆臂连接处,没有超出材料的屈服极限,所以蓄电池箱体的冲击响应满足标准要求.

(4)模态分析中,蓄电池箱体一阶频率为23339Hz.

综合上述计算分析可知,该地铁车辆蓄电池箱体的结构强度满足要求.

参考文献

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