高速动车组车体疲劳强度分析

高速动车组车体疲劳强度分析

刘东亮，张娜，李欣伟

（唐山轨道客车有限责任公司，唐山063035）

摘要：本文采用ABAQUS与FE-safe对高速动车组车体的疲劳进行分析，为车体结构的设计提供指导。

关键字：动车组；车体；疲劳

Fatigue Analysis Of High-speed EMU Carbody

Liu Dongliang，Zhang Na，Li Xinwei

（Tangshan Railway Vehicle Co., Ltd., Tangshan 063035）

Abstract：This paper uses ABAQUS and the FE-safe on high-speed EMU carbody fatigue analysis, and aims to provide guidance for carbody structure design.

Keywords: EMU; carbody; fatigue

1 前言

车体是高速动车组的主要承载结构，其抗疲劳性能与列车运营的安全性、可靠性密切相关。本文依据标准EN12663-1:2010的要求，对高速动车组车体的疲劳强度进行分析。车体结构如图1所示，标准中的疲劳载荷如表1所示。

图1 车体模型

表1 疲劳载荷

2 建模及计算方式

疲劳分析的静力学结果准备工作采用ABAQUS软件完成，疲劳性能分析采用FE-SAFE 软件完成，有限元建模采用hypermesh，结果查看采用hyperview。

其中，静力学结果准备工作完成表2所列基本载荷工况的计算。此部分工作有两个目的：

1.为疲劳分析提供有限元分析结果；

2.确定疲劳分析区域。

表2 静力学工况

对于表1所列疲劳载荷而言，表2中与之对应的工况的计算结果的应力水平反映了了该疲劳载荷作用下的应力变化的幅值。由于表1的交变疲劳载荷均与垂向（Y向）1*g的重力叠加，因而，表2中LC02的计算结果同时又反映了疲劳载荷的平均应力。

疲劳分析时，需要关注的区域必定是应力幅值较大、或者应力均值较大、或者幅值与均值都较大的区域。因而，分别确定LC01~LC03下应力水平较高的区域，然后将确定的3个区域的并集作为疲劳评估时的分析区域。

关于较高应力，没有明确的界定规范，本文以该工况最高计算应力的1/5为限，大于该数值的，即将其界定为该工况的较高应力区域。图2中分别给出了工况LC01~LC03的较高应力区域以及最终确定的疲劳分析区域。

图2 疲劳分析区域（LC01~LC03较高应力区域的并集）

3 疲劳分析及结果

采用最大主应力法进行无限寿命评估，疲劳分析区域的各个单元的各个节点的最严厉应力循环的应力均值、应力幅值打点至Goodman图中，如图3所示；应力幅值云图、应力均值云图如图4所示。

由图3可知，疲劳评估区域的应力均值、应力幅值在Goodman图中的点均位于V型焊

缝的Goodman曲线范围之内，有少数点超出角焊缝的Goodman曲线范围。

图3 疲劳评估区域的所有单元各节点的Goodman图

图4 应力幅值云图（左）与应力均值云图（右）

4 小结

由于很难对高速动车组车体进行疲劳强度试验，因而，车体疲劳强度的仿真分析显得尤为重要，既可以对现有车体结构的疲劳性能进行评估，又可对车体结构的设计提供一定的指导，例如，图3中有少数点超出角焊缝的Goodman曲线范围，则可知这些点对应的区域不宜采用角焊缝。

参考文献

[1] EN12663-1：2010《铁路应用——铁路车辆车体的结构要求》第一部分