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某軌道檢測車是專為青藏線設(shè)計的線路檢測車輛，由于該線路環(huán)境特殊，氣溫變化大，海拔較高，濕度大，因此，對車輛設(shè)計的要求非常高。檢測車自帶發(fā)電設(shè)備，需要裝備較大容積的油箱和電池箱，設(shè)計中首次采用了油箱與蓄電池箱組合在一起的結(jié)構(gòu)形式。為了保證車輛在運行過程中油箱結(jié)構(gòu)的安全可靠，要求對油箱及蓄電池箱進行強度驗算和校核。車輛油箱的有限元分析計算通常是一件很困難的事情，其主要難度在于如何比較合理地處理油體對油箱的作用情況，準(zhǔn)確地模擬車輛運行中油體晃動對油箱的沖擊作用，但是在工程中這類問題很多，這里采用了有限元分析方法，對油箱分別受縱向、橫向和垂向沖擊荷載作用進行了模擬和強度校核。在分析過程中，提出了一種既簡單可行又比較接近實際情況的油體加載方法。通過分析，給出了結(jié)構(gòu)在慣性力沖擊荷載作用下的應(yīng)力分布，并就原設(shè)計提出了一些建議。
油箱及蓄電池箱整體結(jié)構(gòu)為由鋼板焊接而成的箱體結(jié)構(gòu)，油箱處于箱體中部呈T字形，電池箱在外側(cè)，在油箱及電池箱中設(shè)置若干鋼質(zhì)隔板，整體結(jié)構(gòu)由焊接在箱體頂部的八個吊座固定在車體底架梁上，為了滿足整車結(jié)構(gòu)布局設(shè)計的需要，第一次采用了油箱及電池箱組合設(shè)計的新模式。這種設(shè)計具有占用空間小，便于整體設(shè)計，省材料等優(yōu)點，但這種設(shè)計方式將會使結(jié)構(gòu)同時受到油箱內(nèi)油體及電池箱中蓄電池慣性力作用，可能導(dǎo)致較復(fù)雜的應(yīng)力分布。所以需要進行仔細的分析研究。結(jié)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)如下：車輛構(gòu)造速度200m/h，油箱電池箱總重量3500kg，箱體自重泡括防寒層重1100kg，油體總重1550kg，蓄電池總重836kg，油箱容積1800L；箱體幾何尺寸為1925mmX2640mmX662mm。由于結(jié)構(gòu)并非完全對稱，因此計算模型采用整體建模形式。箱體整體均采用鋼板焊接而成，故有限元力學(xué)模型中全部采用了板殼單元，模型對主要的承重構(gòu)件都進行了模擬，并考慮了油箱大的孔洞及一些細部環(huán)節(jié)，在單元劃分時對較易出現(xiàn)應(yīng)力集中的吊座周圍網(wǎng)格進行了加密，計算模型如圖。根據(jù)GB/T1335-1996《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定》，須驗算吊座、油箱及電池箱在如下三種不同沖擊加速度的強度，即：工況1：沿車體垂向，工況2：沿車體縱向，工況3：沿車體橫向，其中，g為重力加速度。
電池本身為固體，因此其對箱體加載非常簡單，箱體的慣性力及重力加載也可依照軟件提供的體力加載方法方便實現(xiàn)。而油體為液體，其對油箱的作用在沖擊情況下是一個極其復(fù)雜的過程，目前對于沖擊較大的液固耦合問題尚無較好的解決辦法，油箱內(nèi)油位的不同，其計算方法也會有差異。本文按油箱滿油位的情況下，分別按三種工況對箱體施加荷載。根據(jù)流體力學(xué)的基本原理，油體對油箱的作用主要以壓力的形式產(chǎn)生，故將油體作用力按壓力分別作用于油箱不同面上。在重力及上述各工況加速度慣性力的作用下，油體對油箱的壓力分布也是很復(fù)雜的。對于油體承受不同方向加速度慣性力，其壓力P分布可以近似按疊加原理計算。如圖所示，在一個密閉的容器內(nèi)，當(dāng)液體受垂直和水平兩個不同方向慣性力同時作用時，其作用于容器壁上的壓力可以簡單地利用疊加原理計算出來，下面按照“液體壓力疊加原理”對油箱進行加載。
以主油箱在2工況下的受力為例，主油箱在2工況下的受力，可看成縱向5g加速度慣性力與垂向1g重力的疊加，疊加過程如圖.。油箱實際結(jié)構(gòu)形狀并非規(guī)則的立方體，并且其內(nèi)部還設(shè)有隔板，隔板對油體沖擊力的緩解作用是十分明顯的。所以，實際加載按如下原則進行：將隔板隔成的每個區(qū)域作為一個獨立規(guī)則的立方體，先按上述方法加載。對于隔板上的開孔部位按實際情況不加載，這樣則會出現(xiàn)油體慣性力加載不足的情況。
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