高速列车车门的性能分析

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1、高速列车车门的性能分析

2、第1内容加载中...一、引言随着计算机的迅速发展，产品的设计、生产方式都发生着变化，以前只能靠手工完成的工作，现在几乎均可借助计算机完成，而以前无法完成或很难完成的工作，现在也可借助计算机的高速运算能力完成。每个企业都希望自己的产品能得到顾客的青睐，能最大限度地占领市场，但由于市场竞争的激烈性和残酷性，真正要做到这些非常困难。因此，怎样以最快的速度、最低的成本对市场的瞬息万变做出反应，是企业经营者需要不断思考的问题，也是关系到企业发展的问题。二、问题的提出针对交通运输而言，铁路运输是每个国家

3、的运输大动脉，而高速列车的发展是我国铁路运输发展的主流。当列车关上车门后，运行过程中车门的密封性使车门内外两侧产生了一个压力差，压力差作用在车门上会使车门产生一定的变形，车速越快，变形量就越大。另外，当两辆高速运行的列车相向运行时，这个压力差会陡然增加，这时车门的变形量将会达到最大值。因此，制造厂商必须了解车门的实际工作情况（如车门的受力、变形情况），以保证自己的产品在实际使用过程中工作状态良好。考虑到重量和强度，一般列车车门均采用复合结构。在高速列车上（本文中的列车运行速度为270Km/h），要求列车车门具有隔音

4、、隔热功能以保证车厢内部的舒适性，但当列车高速运行时，车厢内外的压力差会使车门发生变形，一旦变形量大于车门自身的补偿值时，车门就无法起到隔音、隔热效果。因此，事先根据列车的运行情况模拟车门的变形量，才能更加合理地设计车门的具体结构。本文中的车门共由五层材料组成，周围有门框，上方设有观察用的玻璃窗。在五层材料中，最外面、最里面均为铝合金，与铝合金相接的为蜂窝结构层，中间层为聚乙烯，层与层之间用一种特殊的胶粘结，以保证各层之间变形的连续性。上述材料的内部结构和性能各不相同，既有金属材料又有非金属材料，既有各项同性的又有

5、正交异性的。三、计算模型的建立车门的计算模型，如图1所示。图1计算模型根据该门的实际结构，本文采用了三种ElementType：(1)门框采用了Beam189（图1中B所示）；(2)门板采用了Shell99，层数为3层（图1中A所示）；(3)玻璃窗选用了Shell91（图1中C所示）。其中，Beam189的节点数为3，自由度为6至7；Shell99和Shell91的节点数均为8，自由度均为6。四、受力和约束情况车门的实体模型，如图2所示。图2车门的实体模型因车门需要与车身连接，本文假设车身是固定不动的。根据图纸的要

6、求，在车门两侧，分别用钩子将车门拉住（图2中A、B、C和D处），以免在列车运行中脱落。在车门上方，设有一个横梁（图2中E处），其上设有气缸，门的开启、关闭均由气缸完成。根据车门的上述约束情况，设定车门的坐标轴，即沿门纵向方向为X轴，沿门横向方向为Z轴，沿门法向方向为Y轴。根据上述设定，本文中车门A、B、C和D处存在Y向约束，E处存在全约束。在列车运行过程中，整个列车处于全封闭状态，车厢内外存在一个压力差，压力差作用在整个车厢上，因此也作用在车门上。这个力的特点为均匀分布，从力作用的角度而言，是一个均布载荷，方向沿Y

7、轴。另外，在列车运行前，为了使车门能紧贴车身，在图2中的A、B、C、D和E处均有一个预紧力，方向也沿Y轴。根据车门的实际受力情况，它的载荷分布如下：(1)在图2中的A、B、C、D和E处分别有一个沿Y轴方向的作用力；(2)在整个车门上，有一个沿Y轴方向的均布力；(3)车门的自重的作用方向为沿X轴方向。五、求解思路及步骤从受力和变形的角度而言，列车分为静止状态、正常运行状态和列车交汇状态三个工作状态。车门必须在每个状态中都能良好地工作，才达到了设计的预期目的，因此有必要分别对上述三个状态的变形进行计算。1.建立等效截面

8、本文涉及的车门材料的实际结构非常复杂，采用实际截面进行计算将非常困难，甚至会因相邻尺寸变化梯度太大而无法进行网格划分。因此，本文对截面进行了简化，提出了等效截面的概念。采用等效截面的主要依据是，生成的等效截面在受力时表现出来的力学性能（惯性矩和惯性积）与原始截面相同，从而达到简化复杂截面的目的。通过求解下列非线性方程组，求出等效截面的相关参数，如公式（1）所示。在上述方程组中，S、Ixx、Iyy、Ixy、Xc和Yc分别为截面的面积、惯性矩、惯性积和截面形心坐标，t1、t2、t3、t4、/s，即正常行驶状态；(3)两

9、列列车分别以75m/s的速度相向行驶，即两车交汇。3.计算在本文计算中，考虑到列车在行驶过程中，每一节车厢的受力、变形情况都相同，因此在计算中取2节车厢作为研究的对象。同时，将列车周围的空气作为一个大流场，随着列车的运行，不同时刻的空气流场是不同的，为了保证计算结果的可靠性，要求空气流场足够大。在本文中，列车前方的空气流场尺寸取车厢尺寸的100倍，后方取35