[發明專利]一種高速動車組用高強度車下設備艙的設計方法

有效

• 申請號: 202010918294.1
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112182741B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 何玲利;李國良;王利忠;張金
• 申請（專利權）人: 中車長春軌道客車股份有限公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 長春眾益專利商標事務所(普通合伙) 22211
• 代理人: 余巖

本發明充分考慮了設備艙結構強度及車下設備艙使用的所有功能性，根據最優外形輪廓對設備艙進行模塊化設計，針對相同設備采用相同模塊，實現結構統一；設計標準連接結構，實現接口統一，在未投入實際產品生產前，提前針對所有問題進行計算分析驗證，提前發現結構問題，為實際產品批量生產減少大量加改成本，本發明能通過EN12663標準及實際車輛運行的氣動載荷強度要求。

技術領域

本發明涉及一種高速動車組車體的設計方法，尤其是涉及一種高速動車組用高強度的車下設備艙的設計方法。

背景技術

動車組車輛大部分設備安裝于車下，為了保護車下設備、方便車下設備檢修以及兼顧優化車輛的空氣動力學性能，在車下設置具有通風散熱、便于檢修維護的車下設備艙，設備艙強度在既有的速度等級條件下都能滿足EN12663標準要求，隨著動車組運行速度越來越快，對于設備艙的動氣動力學要求越來越高，車輛運行產生的氣動載荷越來越大，對設備艙的影響越來越嚴重，既有動車組設備艙強度雖然能按照EN12663標準要求，但不能滿足高速動車組實際運行時產生的氣動載荷強度的需求。

發明目的

本發明的目的是設計一種高速動車組用高強度車下設備艙的設計方法，在滿足既有EN12663標準的同時，也能滿足動車組實際運行過程中氣動載荷強度工況的要求。

為達到上述目的，本發明提供一種高速動車組用高強度車下設備艙的設計方法，所述的方法包括如下步驟：

步驟1：根據高速動車組車體及車下設備艙外形輪廓建立模型,進行動車組空氣動力學數值模擬計算,計算采用有限體積法離散雷諾平均的不可壓Navier-Stokes方程，求解方法采用壓力修正算法，網格技術采用了多塊對接技術，湍流模型采用低雷諾數的k-ε兩方程模型，對模型不同側風明線空氣動力學特性和隧道交會壓力波特性進行數值模擬，通過動車組空氣動力學數值模擬計算，優化外形輪廓，得出設備艙最優外形輪廓及設備艙距離軌面最低位置；

步驟2：建立模型采用數值計算的方法，對250km/h-350km/h的速度運行時，明線交會、單車過隧道及隧道內交會下的氣動性能進行了動車組空氣動力學數值模擬計算，得出車輛最高速度運行狀態下設備艙各區域的氣動載荷；

步驟3：建立設備艙有限元模型，利用HyperMesh軟件、Ansys軟件進行有限元仿真分析，模型采用了板殼單元和實體單元模擬，螺栓采用梁單元模擬，計算工況包括EN12663標準中要求的相關工況，以及步驟2中動力學數值模擬計算得出的氣動載荷工況，通過仿真對設備艙進行靜強度、疲勞強度進行計算；

設備艙是由多種材質組成，靜強度分析評估根據EN12663標準，屈服強度考核時安全系數取1.15，即計算結果中應力值的1.15倍應小于材料的屈服強度；

疲勞強度評估方法使用損傷累積法進行疲勞評估，基于BS7608標準，對設備艙鋼材部件及焊接結構進行疲勞評估；基于IIW-2008標準，對設備艙鋁材部件及焊接結構進行疲勞評估，應力范圍小于許用應力范圍的評估點的累積損傷不得大1，根據計算結果，如超出評估值，則需優化設備艙結構，直至滿足標準要求。

步驟4：制作試驗樣件進行風洞試驗，驗證動力學性能，按照一定比例制作動車組模型，進行測力和測壓試驗，模型內部安裝測力天平進行氣動力和力矩的測量，由PXI系統進行動車組模型測力試驗數據的采集，動車組模型表面壓力的測量采用電子壓力掃描閥系統，模型表面測壓孔與車身表面平齊且法向垂直，測壓管在模型內側的一端連接測壓軟管并與電子掃描閥相連，通過試驗得出動車組的氣動特性，滿足動車組動力學性能要求；

步驟5：為了對比設備艙計算數據與實際數據的差異性，制作樣車進行現車試驗跟蹤測試，采用在設備艙典型位置布置壓力傳感器的方法進行測試，試驗數據通過以太網方式實時不間斷跟蹤采集，采集數據后進行匯總分析，得出動車組最高速運行時設備艙各區域實際的氣動載荷測試數據，與步驟2的計算值進行對比；