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西南交通大學機械工程學院受某鐵礦石敞車出口企業(yè)的委托，對其出口的1067mm軌距鐵礦石敞車結構按北美鐵道協會標準AARM1001-2007《貨車設計制造規(guī)范》進行強度分析。
該敞車車體為焊接結構，其鋼結構由底架、側墻和端墻組成，材料選用Q450NQR1耐候鋼。底架為全鋼焊接結構，由中梁、側梁、枕梁、小橫梁、大橫梁、縱向梁及鋼地板等組成，中梁由2根310型乙型鋼組焊而成，枕梁為箱形變截面結構，端梁為用鋼板壓成的槽形斷面，大橫梁為工字形斷面，縱向梁、小橫梁為槽形斷面，底架上鋪有厚6mm的Q450NQR1耐候鋼地板。心盤座和后從板座、沖擊座和前從板座均采用鑄造一體式結構，材質均為B+級鑄鋼。側墻為板柱式結構，由上側梁、側板和槽形斷面的變截面?zhèn)戎M成。端墻由上端緣、橫帶及端板組成組焊而成，橫帶為槽形斷面。
(1)該車在端墻、側墻連接上沒有采用角柱，而是把端墻板折彎后直接與側墻板搭接組焊，同時在側墻板兩端焊有側橫帶，端墻板與側橫帶對應位置焊有端橫帶，形成框架結構，提高了車體整體強度。(2)該車的枕梁間沒有下側梁。側立柱“上小下大”的變截面結構以及側墻與地板間角度大于90°的喇叭口結構，既體現了等強度設計原則，又利于卸凈貨物。(3)通過優(yōu)化設計，保證了車體整體強度和剛度，減少了零件數量，降低了制造成本，簡化了制造工序，優(yōu)化了工藝，同時降低了車體總重量，提高了運能。車體為三維空間結構，為準確地預測其在各載荷工況作用下應力與位移的分布，應用大型有限元分析軟件ANSYS對其結構進行離散分析。車體有限元分析模型采用空間笛卡爾坐標系。該坐標系中，X軸指向車輛前進方向，Y軸與線路方向垂直，Z軸垂直于軌道平面(其正方向為豎直向上)。坐標系XY平面位于鋼地板中性面上，原點位于車體幾何中心。除部分區(qū)域為鑄造件外，車體為鋼板整體焊接結構，故采用4節(jié)點殼單元Shell63對主結構進行離散，而在整體式上心盤和沖擊座處采用8節(jié)點實體單元Solid45進行離散。離散時盡可能采用四邊形或六面體單元，個別過渡區(qū)域采用三角形或四面體單元。車體共離散為82006個節(jié)點，形成Shell63單元79267個，Solid45單元18596個。車體局部區(qū)域網格如圖所示。
根據用戶的鐵路運輸技術要求，鐵礦石敞車靜強度參照AARM1001-2007的規(guī)定進行計算，計算載荷工況見表20AARM1001-2007中規(guī)定，對車體受到的縱向拉伸壓縮載荷、垂向載荷和橫向力的組合工況進行強度校核，且車體結構最大應力不得超過材料屈服極限以及強度極限值的80000車體在各工況載荷作用下總體及部件的最大應力值及出現的位置見表。可以看出，車體最大應力發(fā)生在工況3，其最大應力點位置及周圍應力分布見圖。計算結果表明，車體在各工況下節(jié)點最大應力均小于材料的許用應力，靜強度滿足標準的要求。
根據AARM1001-2007規(guī)定的載荷工況對出口鐵礦石敞車進行了靜強度分析，計算結果如下：(1)車體結構方案的總體結構及其部件的靜強度均滿足AAR標準的要求，(2)拉伸工況時，沖擊座與底架端梁連接處應力較大，應予以關注。
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