[发明专利]一种地铁车车体结构的设计方法

摘要

一种地铁车车体结构的设计方法，包括：确定地铁车车体的整体结构，对车体结构进行强度计算和校核，综合车体结构的几何形状、受力特点及对计算精度的要求等因素，选择用壳单元对车体结构进行离散化处理，确定强度评定准测，模拟各工况条件下进行应力计算分析。通过上述步骤可以通过理论计算而满足设计使用要求。

主权项

1.一种地铁车车体结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：A、确定地铁车车体的整体结构；B、综合车体结构的几何形状、受力特点及对计算精度的要求等因素，选择用壳单元对车体结构进行离散化处理；车体上安装的大型设备和重要的设备以集中力的形式施加在各自的质心位置，其他载荷以其形态特点的形式加在各自相应的位置上，计算模型中，焊缝以焊缝处节点重合的形式模拟，在结构的离散化完成以后,为了能用节点位移表示单元假设位移是坐标的函数，根据所选定的单元位移模式导出用节点位移表示单元内任一点位移的关系式,因此它也决定了相应的位移插值函数,其矩阵形式为：{f}e＝[N]{δ}e(1)，(1)式中{f}e为单元内任一点的位移列阵，{δ}e为单元的节点位移列阵，[N]为形函数矩阵，它的元素是位移的函数；C、进行单元特性分析：c1、由式(1)导出用节点位移表示单元内任意一点应变的关系式：{ε}＝[B]{δ}e(2)，(2)式中{ε}为单元内任一点的应变列阵，[B]为单元应变矩阵；c2、由式(2)导出用节点位移表示单元应力的关系式：{σ}＝[D][B]{δ}e＝[S]{δ}e(3)，(3)式中{σ}为单元内任一点的应力矩，[D]为与单元材料相关的弹性矩，[S]为应力矩阵；c3、利用虚功原理建立各单元的刚度矩阵,即单元节点力与节点位移之间的关系，其中刚度方程为：{R}e＝[K]{δ}e(4)，(4)式中{R}e为单元的等效节点力矩阵，[K]为单元刚度矩阵，根据上述公式得出： [ K ] = ∫ ∫ ∫ [ B ] T [ D ] [ B ] d x d y d z - - - ( 5 ) ; ]]>D、进行整体特性分析，确定结构平衡方程组；E、确定强度评定准测：对于所有工况计算结果的等效应力均不得大于材料的屈服强度极限，其中等效应力的公式为： σ e q = 1 2 [ ( σ 1 - σ 2 ) 2 + ( σ 2 - σ 3 ) 2 + ( σ 3 - σ 1 ) 2 ] ≤ [ σ ] ; ]]>其中，σeq为各节点处等效应力，σi(i＝1,2,3)为各节点主应力，[σ]为许用应力；F、模拟各工况条件下进行应力计算分析。