铝合金车体结构设计构思_常树民VIP免费

文章编号:1002�7602(2004)09�0009�05铝合金车体结构设计构思常树民,马纪军(中国北车集团唐山机车车辆厂技术中心,河北唐山063035)摘�要:从铝合金材料特性出发,介绍了铝合金车体结构的设计原则和实施方案,并采用有限元技术对该方案进行了强度及刚度分析。关键词:铝合金车体;结构;强度;刚度;有限元中图分类号:U271���文献标识码:B��客车车体就结构材质而言,可分为普通低碳钢车体、耐候钢车体、不锈钢车体、铝合金车体和玻璃钢车体5类。随着高速列车和轻轨、地铁的出现,列车的高速化、轻量化、低重心化和低噪声化等课题越来越为广大工程技术人员所重视。而铝合金以其较小的密度、较大的比强等优良品质,逐渐被广泛应用于客车车体上,并由此进入铝合金车体时代。1�铝合金材料特性(1)质轻且柔软。铝的密度为2�71g/cm3,约为钢密度(7�87g/cm3)的三分之一;杨氏模量也约为钢的三分之一。(2)强度好。纯铝的抗拉强度约为80MN/m2,是低碳钢的五分之一。但经过热处理强化及合金化强化,其强度会大幅增加。如铝合金车体常用的材质6005A�T6,它的最低抗拉强度为360MN/m2,能达到低碳钢相应的强度值。(3)耐蚀性能好。铝合金的特性之一是接触空气时表面会形成一层致密的氧化膜,这层膜能防止腐蚀,所以耐蚀性能好。若再对其实施�氧化铝膜处理法�,就可以全面防止腐蚀。(4)加工性能好。铁道车辆用型材挤压性能好,二次机加工、弯曲加工也较容易。收稿日期:2004�01�09;修订日期:2004�04�30作者简介:常树民(1972�),男,工程师。(5)易于再生。铝的熔点低(660�),再生简单。在废弃处理时也无公害,有利于环保,符合可持续发展战略。根据铝合金车体结构及制造、运用情况,选择材料时应遵循以下原则:(1)从轻量化方面考虑,要求强度、焊接性、挤压加工性、维护保养性好;(2)从寿命方面考虑,要求耐蚀性、表面处理性高;(3)从制造效率方面考虑,要求焊接性、挤压加工性、成型加工性高。根据以上原则,铝合金车体主要使用5000系列、6000系列、7000系列的铝合金。3个系列的铝合金材料的特性及用途见表1。表1�铁道车辆常用铝合金材料的特性及用途铝合金种类主要成分特性主要用途5000系列AlMg(0�2%~5�6%)�耐蚀性、焊接性、成型性很好,强度也较高,代表合金有5052、5083、5056、5N01等�建筑、船舶、车辆机械部件、饮料罐等6000系列AlMg(0�45%~1�5%)Si(0�2%~1�2%)�耐蚀性、强度好,有的挤压加工性也好,代表合金有6005A、6061、6063、6N01等�车辆结构材、结构杆件、建筑用框架、螺栓、铆钉等7000系列AlZn(0�5%~6�1%)Mg(0�1%~2�9%)Cu(0�1%~2�0%)�焊接性、耐蚀性差,强度最高。Al�Zn�Mg合金的焊接接头效率高,代表合金有7005A、7075、7178、7N01、7003等�车辆结构材、飞机杆件、体育用品接处,从而避免了大梁中部的破坏。5�结论通过应用有限单元法对翻车机钢结构进行仿真分析和优化计算,得出不同工况下的应力和变形值,并依据计算结果对翻车机大梁进行了重新设计。根据现场测试结果证实,仿真计算所建立的力学模型、施加的载荷以及边界约束都是正确的;经现场使用证明,增加管梁转移应力到其法兰连接处的方案达到了设计目的。(编辑:方曼利)�9��设计制造铁道车辆�第42卷第9期2004年9月2�铝合金车体的特点世界上最早的铝合金车是1952年英国研制的伦敦地铁电动车。铝合金车体的发展经历了板梁期、开口型材期和现在的大型中空挤压型材期3个发展阶段,现在逐渐走向成熟。铝合金车体具有如下优点:(1)能大幅度降低车辆自重,在车长相同的条件下,与钢质车相比自重降低大约30%~35%,强度重量比约为钢的2倍。钢质车、不锈钢车、铝合金车车体重量之比为10�8�6。(2)具有较小的密度及杨氏模量,所以铝合金对冲击载荷有较高能量吸收能力,可降低振动,减少噪声。(3)可运用大型中空挤压型材进行气密性设计,提高车辆密封性能,提高旅客舒适度。(4)采用大型中空挤压型材制造的板块式结构,可减少车体同设备之间连接元件的重量与数量。(5)减少维修费用,延长使用寿命。3�铝合金车体结构设计3.1�总体思路发展高速铁路,研制高速列车,是世界铁路运输的发展方向。同时,城市轻轨也是改善城市交通状况,提高人类生活质量的必然趋势。...