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有限元分析采用BlockLanczos算法對(duì)車(chē)體進(jìn)行自由模態(tài)分析。整備狀態(tài)下車(chē)體前三階模態(tài)的計(jì)算結(jié)果如表所示。據(jù)轉(zhuǎn)向架動(dòng)力學(xué)計(jì)算報(bào)告：轉(zhuǎn)向架構(gòu)架主要有阻尼振型浮沉頻率為3.9~4.5Hz，車(chē)體固有頻率與轉(zhuǎn)向架的固有頻率錯(cuò)開(kāi)了1.8倍以上，車(chē)體不會(huì)與轉(zhuǎn)向架發(fā)生共振。
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算分析是考核當(dāng)結(jié)構(gòu)承受一定載荷時(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生線彈性屈曲的臨界載荷。在本項(xiàng)目中對(duì)A車(chē)進(jìn)行了以下兩種工況的屈曲分析：1）車(chē)體縱向屈曲分析，即為車(chē)體在整備狀態(tài)下承受車(chē)鉤壓縮力1200kN載荷作用；2）車(chē)體垂向屈曲分析，即為車(chē)體處于垂向AW3載荷作用。
在工況1作用下，車(chē)體的第一階屈曲模態(tài)如圖所示，屈曲載荷因子λ=2.61，臨界屈曲載荷為P=λ×P0=2.61×1200=3132kN，失穩(wěn)位置為II端地板處，屬于局部失穩(wěn)。在工況2作用下，車(chē)體的第一階屈曲模態(tài)如圖9所示，λ=2.90，P=λ×P0=2.90×480.76=1394.20kN，失穩(wěn)位置為車(chē)體右側(cè)第四窗角處，屬于局部失穩(wěn)。由計(jì)算結(jié)果可知，兩種屈曲工況下第一階模態(tài)屈曲載荷因子均大于標(biāo)準(zhǔn)要求的1.5，因此結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性滿足要求。疲勞計(jì)算工況依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN12663-1:2010施加，共14個(gè)疲勞計(jì)算工況。采用疲勞極限法對(duì)車(chē)體進(jìn)行疲勞的計(jì)算校核，采用靜強(qiáng)度計(jì)算模型，空氣彈簧用具有3個(gè)方向剛度的彈簧單元進(jìn)行模擬，分別對(duì)車(chē)體關(guān)鍵焊縫和關(guān)鍵區(qū)域的母材進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析。分析結(jié)果表明：關(guān)鍵焊縫最大的材料利用度為0.967，出現(xiàn)在側(cè)墻門(mén)立柱與頂蓋邊梁的連接焊縫位置，如圖10所示；母材區(qū)域的最大材料利用度為0.636，出現(xiàn)在上門(mén)角母材區(qū)域，如圖所示，A車(chē)車(chē)體的疲勞強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。
本文依據(jù)BSEN15227：2008《鐵路應(yīng)用—鐵路車(chē)輛車(chē)體的防撞性要求》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車(chē)體耐碰撞性能進(jìn)行分析。碰撞分析工況為處于AW0狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)列車(chē)以25km/h的速度撞擊同樣處于AW0狀態(tài)的靜止列車(chē)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，碰撞面處兩節(jié)A車(chē)采用靜強(qiáng)度計(jì)算模型，另外的車(chē)體采用一層剛性的車(chē)殼進(jìn)行模擬；車(chē)鉤采用彈簧單元模擬，給彈簧單元的材料賦上車(chē)鉤的力行程曲線；轉(zhuǎn)向架采用剛性的體單元模擬，地面采用剛性墻模擬。碰撞計(jì)算的時(shí)間設(shè)定為0.6s，在t=0.6s時(shí)刻車(chē)體變形狀態(tài)如圖12所示。截止到碰撞結(jié)束，碰撞位置的A車(chē)防爬器已經(jīng)嚙合在一起，有效地防止了爬車(chē)現(xiàn)象的產(chǎn)生。除了防爬器、司機(jī)室前端發(fā)生塑性變形外，客室任何區(qū)域都沒(méi)有發(fā)生塑性變形而危害到乘客的生存空間。
碰撞過(guò)程中的能量變化曲線如圖13所示。在碰撞過(guò)程中總能量保持基本不變，車(chē)體總能量為7610.2kJ；車(chē)體和車(chē)鉤的吸能結(jié)構(gòu)共吸收能量3204.2kJ，其中車(chē)體吸能993.6kJ，車(chē)鉤吸能2210.6kJ；列車(chē)動(dòng)能為3170.2kJ；摩擦能為1181.3kJ；沙漏能為52.8kJ，占總能量的0.69%，在5%的范圍內(nèi)，滿足計(jì)算精度的要求，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。為了評(píng)估碰撞過(guò)程中的平均減速度，首先需要確定評(píng)估的時(shí)間段。該時(shí)間段為接觸力從超過(guò)零再歸于零所經(jīng)歷的時(shí)間。圖14為在該碰撞工況下的接觸力曲線。
從圖可確定的評(píng)估時(shí)間段有兩段，分別為0.08～0.26s和0.3～0.38s。在客室區(qū)選取一系列的代表點(diǎn)，并對(duì)其速度曲線進(jìn)行平均，如圖15所示。通過(guò)評(píng)估曲線在這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)的變化，可算得在碰撞過(guò)程中客室區(qū)的平均減速度分別為1.6g和2.09g，小于BSEN15227：2008碰撞標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5g。由上述碰撞變形、能量吸收以及加速度指標(biāo)的分析可知，車(chē)體的耐碰撞性能滿足碰撞標(biāo)準(zhǔn)的要求。
本項(xiàng)目在傳統(tǒng)A型車(chē)平臺(tái)上對(duì)各部件進(jìn)行了不同程度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)車(chē)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，其結(jié)果表明車(chē)體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、疲勞性能以及耐碰撞性等方面均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求，為后續(xù)類似平臺(tái)項(xiàng)目的車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考。
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