某动车组模态仿真分析论文_王赵美

中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心 河北唐山 063035

摘要：本文通过Hypermesh软件建立了两种动车组结构的有限元模型，一种模型中动车组结构无内端墙，另一种模型中动车组结构含有内端墙。两种动车组模型除了有无内端墙的区别，其它结构完全相同。本文采用ANSYS有限元软件对两种动车组结构的白车身及整备模态进行仿真计算，分别得到了两种动车组结构的白车身和整备模态的一阶垂向弯曲频率、一阶菱形频率和一阶扭转频率，并将动车组有无内端墙的模态仿真结果进行对比分析，本文为动车组内端墙结构的设计提供了科学的理论依据，具有较强的实际意义和应用价值。

关键词：动车组；模态；一阶垂弯；整备

一、前言

车体结构模态是评价车辆运行安全性和乘坐舒适性的一个重要参数。模态分析，可以预测车体在某一频域内各阶模态的固有频率及其相应的振型，以评定其动态性能是否满足设计要求。本文根据模态分析理论，采用有限元分析软件对某动车组两种不同结构车体的白车身和整备模态进行仿真求解。通过对模态计算结果的分析，得出车体的一阶垂向弯曲频率、一阶菱形频率和一阶扭转频率及相应振型，对比两种不同结构的仿真结果，为车体结构的优化设计及新产品的开发提供理论依据。

二、车体简介

本文动车组车体由底架、侧墙、车顶、端墙、内端墙、车体附件组成。车体主要材料为6005A -T6、6082-T6和5083-H111。车体设计质量如表1所示：

表1车体设计质量

三、有限元模型

本文中整个车体主要采用壳单元、体单元和梁单元进行模拟，有限元模型如图1所示。

X向——车体纵向

Y向——车体垂向，正方向垂直向上，与X、Z构成右手坐标系

Z向——车体横向

图1 车体有限元模型

四、白车身模态仿真结果

动车组有无内端墙结构白车身模态仿真结果如表2所示：

表2 白车身模态仿真结果

车体白车身模态有限元分析得出：

无内端墙结构一阶垂向弯曲频率为5.676Hz，一阶菱形频率为8.157Hz，一阶扭转频率为12.659Hz；有内端墙结构一阶垂向弯曲频率为5.698Hz，一阶菱形频率为8.747Hz，一阶扭转频率为13.527Hz。由两者对比分析得到，车体增加内端墙结构以后，车体的白车身模态一阶垂向弯曲频率增加了0.022 Hz，车体的白车身模态一阶菱形频率增加了0.59 Hz，车体的白车身模态一阶扭转频率增加了0.868 Hz。

五、整备模态仿真结果

动车组有无内端墙结构整备模态仿真结果如表3所示：

表3 整备模态仿真结果

车体整备模态有限元分析得出：

无内端墙结构一阶垂向弯曲频率为13.026Hz，一阶菱形频率为17.126Hz，一阶扭转频率为23.668Hz；有内端墙结构一阶垂向弯曲频率为16.163Hz，一阶菱形频率为17.203Hz，一阶扭转频率为23.646Hz。由两者对比分析得到，车体增加内端墙结构以后，车体的整备模态一阶垂向弯曲频率增加了3.137Hz，车体的整备模态一阶菱形频率增加了0.077 Hz，车体的整备模态一阶扭转频率减少了0.022 Hz。

六、结论

由有限元分析得出：

白车身模态：无内端墙结构一阶垂向弯曲频率为5.676Hz，一阶菱形频率为8.157Hz，一阶扭转频率为12.659Hz；有内端墙结构一阶垂向弯曲频率为5.698Hz，一阶菱形频率为8.747Hz，一阶扭转频率为13.527Hz。由两者对比分析得到，车体增加内端墙结构以后，车体的白车身模态一阶垂向弯曲频率增加了0.022 Hz，车体的白车身模态一阶菱形频率增加了0.59 Hz，车体的白车身模态一阶扭转频率增加了0.868 Hz。由于内端墙结构的增加，车体的一阶垂向弯曲、一阶菱形频率与一阶扭转频率均有所提高，增加内端墙之后车体结构更加稳定。

整备模态：无内端墙结构一阶垂向弯曲频率为13.026Hz，一阶菱形频率为17.126Hz，一阶扭转频率为23.668Hz；有内端墙结构一阶垂向弯曲频率为16.163Hz，一阶菱形频率为17.203Hz，一阶扭转频率为23.646Hz。由两者对比分析得到，车体增加内端墙结构以后，车体的整备模态一阶垂向弯曲频率增加了3.137Hz，车体的整备模态一阶菱形频率增加了0.077 Hz，车体的整备模态一阶扭转频率减少了0.022 Hz。由于内端墙结构的增加，车体的一阶垂向弯曲、一阶菱形频率均有所提高，增加内端墙之后车体结构更加稳定。

本文由有限元仿真分析得到了动车组车体有无内端墙结构的白车身和整备模态仿真结果，通过分析振型，可以观察车体结构的薄弱之处，对于车体是否增加内端墙结构以及内端墙结构的设计提供了科学的理论依据，具有重要指导作用。

参考文献：

[1] 雷成，肖守讷.地铁铝合金车体的结构设计和强度分析[J].机车电传动，2006（1）：54-56.

[2] 吴燕.客车车体试验模态分析[J].铁道学报，1994，（12）：7-14.

[3] 岳译新，林文君，雷挺.地铁铝合金车体模态和稳定性有限元分析[J].机械，2008（4）.

[4] 吴莹，肖友刚，等.地铁头车的模态分析[J].铁道车辆，2008，46（3）：6-8.

[5] 缪炳荣，肖守讷.机车车体结构模态的有限元分析[J].电力机车技术，2002，25（4）：41-45.

[6] 傅志方，华宏星.模态分析理论与应用.上海：上海交通大学出版社，2000.

论文作者:王赵美

论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期

论文发表时间:2020/4/2

标签：车体论文;  频率论文;  模态论文;  结构论文;  车组论文;  菱形论文;  弯曲论文;  《基层建设》2019年第31期论文;