列车蓄电池箱结构动力学分析与实测研究.pdf

列车蓄电池箱结构动力学分析与实测研究 李夕亮,郭世永 青岛理工大学 汽车与交通学院,山东 青岛266033 摘要对安装于列车上的蓄电池箱的不同工况利用PatranΠNastran进行了建模和结构动力学 分析,并对不同工况的危险点进行了实际测试,分析和实验所得结论基本相同。通过分析和实验验 证,蓄电池箱结构在任何方向均能承受TBΠT3058 - 2002中规定的加速度冲击而不产生破坏,最大 应力均小于材料的许用应力,符合结构强度要求,蓄电池箱的安全可靠性得到保证。 关键词蓄电池箱结构;有限元分析;实测研究 中图分类号 TM912 文献标志码 A 文章编号10032079420080320082202 Dynamic Analysis of Structure and Practical Measure Research of Train Accumulator Case LI Xi - liang , GUO Shi- yong Automobile and Traffic College , Qingdao Technological University , Qingdao 266033 , China AbstractProceeded modeling and the dynamic analysis using Nastran and practical measure research to the structure of accumulator case fixed in train under different working conditions. There is no difference between the conclusion from analysis and the one from experiment. According to validation of analysis and experiment , the structure of accumulator case can hold impact acceleration by setting in railway standard in any direction. The maximum stress is less than the allowable stressof the material under all conditions. The structure of accu2 mulator case accorded the strength of the structure. Made the case enough safe and dependable. Key wordsstructure of accumulator case ; finite element analysis; practical measure research 0 前言 蓄电池箱是列车上提供能源的重要装置之一。 由于列车提速,先前设计的蓄电池箱在速度较低时 能满足要求,现在已经不能承受列车高速运行时的 加速度冲击。青岛某机车厂经过多年研制,生产了 这种新型的蓄电池箱,应该厂的要求,对这种新型的 蓄电池箱在不同的工况下利用Nastran进行了有限 元计算,并对应力集中处进行了实测分析。结果表 明,这种新型的蓄电池箱的结构满足TBΠT3058 - 2002的要求,箱体结构在每种工况下均能承受列车 高速运行时的加速度冲击,保证了它在列车运行时 的可靠性,满足安全生产的要求。 1 蓄电池箱结构及材料性能 图1所示为青岛某机车厂设计的新型蓄电池箱 结构。材料选用不锈钢型材,箱皮和吊耳厚度分别 为315 mm和8 mm ,箱体支撑梁全部为槽型钢,横梁 的截面尺寸为100 mm30 mm315 mm ,纵梁的截 面尺寸为50 mm45 mm315 mm。材料的性能参 数为强度极限为520 MPa ,弹性模量E 206 GPa , 泊松比μ 013 ,密度ρ 7 900 kgΠm3。 2 蓄电池箱结构动力学分析 1有限元模型的建立 在Patran中,将箱体、 配电箱和吊耳作为整体, 将吊耳和箱体固结建模。划分网格时,采用以四边 形为主三角形为辅的壳单元建立吊耳和箱体模型, 采用梁单元建立支撑梁模型,采用实体单元建立配 电箱模型,用实体单元模拟电池台车和蓄电池组。 在建模过程中,考虑到对称性,先建立半边模型,而 后利用偏移、 镜向等工具获得完整有限元模型。 图1 蓄电池箱外箱俯视结构图及检测点 a1吊耳 b1锁扣 c1支撑梁 d1通风帽 1、2、3、4、5、6、7、81检测点 整个有限元模型共划分为10 372个壳单元,942 个梁单元,2 224个体单元以及12 125个节点。 2边界条件和载荷的定义 边界条件蓄电池箱上面的每个吊耳椭圆孔处 都撒播了10个种子,生成了10个节点,在列车上, 用螺栓固定这8个吊耳的椭圆孔处,因此在冲击模 拟计算中,应该约束8个吊耳的椭圆孔处共80个节 点的所有平动自由度和转动自由度。 28 第29卷第3期 2008年 3月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol129No13 Mar. 2008 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 载荷施加竖直向下的值为9181 mΠs 2 的线加速 度来模拟重力;按照冲击方向的不同,分为6种工 况,工况1～4 分别对蓄电池箱竖向和横向的4个 箱面施加3gn的加速度模拟冲击;工况5～6 对蓄 电池箱纵向的2个箱面施加5gn的加速度模拟冲 击。施加冲击的加载方式如图2所示。 图2 冲击的加载方式 3计算结果分析 在6种工况向上冲击,向下冲击,向前冲击,向 后冲击,向左冲击,向右冲击下,运用Nastran做瞬 态加速度冲击,在Patran中显示蓄电池箱应力计算 结果,其应力图略。 蓄电池箱的最大应力的分布如表1所示。 表1 蓄电池最大位移和应力分布 冲击方向最大应力ΠMPa 向上冲击 402 在01026 s时电池箱吊耳处的应力最大 向下冲击 425 在01016 s时电池箱吊耳处的应力最大 向前冲击 422 在01015 s时电池箱吊耳处的应力最大 向后冲击 420 在01015 s时电池箱吊耳处的应力最大 向左冲击 460 在01015 s时电池箱吊耳处的应力最大 向右冲击 466 在01015 s时电池箱吊耳处的应力最大 由以上有限元分析得知工况6是最危险的情 况,最大应力出现在靠近配电箱的吊耳约束处,最大 值为466 MPa 520 MPa ,满足材料强度要求。 3 蓄电池箱的实测研究 在理论分析的基础上,对6种工况下蓄电池箱 的应力进行了实际测试。由以上有限元分析可知, 吊耳约束处应力最大。因此在蓄电池箱的8个吊耳 处约束处分别设置了1个检测点见图1 ,在检测 点处贴电阻应变片,连接电阻应变仪对6种工况下 的8个吊耳进行测试。测试结果如表2所示。 表2 6种工况实测数据 测点12345678 工况1最大应力值ΠMPa376359365374381367372370 工况2最大应力值ΠMPa389397403380394407403381 工况3最大应力值ΠMPa390386374394389400404392 工况4最大应力值ΠMPa394387395390376370371382 工况5最大应力值ΠMPa397413422435390404420442 工况6最大应力值ΠMPa447426418410440422415406 由测试数据得知,工况6时测点1应力为最大 值447 MPa 520 MPa ,满足材料强度要求,与有限元 计算分析结果基本吻合,证明了理论分析和实验研 究的一致性。 4 结语 1通过加速度冲击有限元分析和实验验证,新 型列车蓄电池箱刚度和强度均达到TBΠT3058 - 2002 的标准,满足安全生产的要求,可以直接安装于列车 上使用。 2从分析结果可以看到,在吊耳固定约束处出 现应力集中,应力值比较大,可以增加吊耳约束处的 不锈钢板厚度,使蓄电池箱更加安全可靠。 参考文献 [1]马爱军,周传月,王旭. PATRAN和NASTRAN有限元分析专业教 程[ K].北京清华大学出版社,2005. [2]李增刚.NASTRAN快速入门与实例[M].北京国防工业出版社, 2007. [3]随允康,杜家政,彭细荣.MSC1NASTRAN有限元动力分析与优化 设计实用教程[ K].北京科学技术出版社,2004. [4]张永昌.MSC1NASTRAN有限元分析理论基础与应用[M].北京 科学技术出版社,2004. 作者简介李夕亮1983 - ,山东潍坊人,车辆工程硕士研究 生,研究方向现代汽车设计方法,电子信箱lxl19830113 1631com. 收稿日期2007211210 选煤厂多媒体网络监控系统的研究 近年来,兖州矿业集团公司兴隆庄煤矿选煤厂在 “设备故障诊断系统” 、“选煤厂微机监控管理、 控制系 统” 、“光纤工业电视监视系统” 、“煤质分析电脑信息反馈网络系统” 等项成果的基础上,完成了 “兴隆庄煤矿 选煤厂多媒体网络监控系统的研究” 。 这是集该厂微机监控管理信息系统、 生产信息反馈系统、 设备故障诊断系统、 生产工艺动态图形监视光 纤工业电视图像及音频信息于一体的新型处理模式。该系统的配置及功能建立多媒体信息处理中心,配置 多媒体节目编辑、 创作和播放制作设备;在厂领导及车间办公室设置多媒体工作站,通过多媒体网络监控系 统可以在各个办公室共享厂生产动态模拟图;通过光纤与上级单位如矿调度及局调度联网,共享资源;通过 与Internet网的有机结合,为实现选煤厂CIMS打下基础。李剑锋 供稿 38 第29卷第3期 列车蓄电池箱结构动力学分析与实测研究 李夕亮,等 Vol129No13 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.