地铁车辆蓄电池箱强度及模态有限元仿真分析

地铁车辆蓄电池箱强度及模态有限元仿真分析

使用有限元软件

Hyperworks

对地铁车辆蓄电池箱体进行四项仿真分析：静

强度分析、疲劳强度分析、冲击响应分析和模态分析。其中，静强度与疲劳强度

分析参照

BS EN 12663-1

：

2010

《铁路应用

-

铁路车辆车身的结构要求

第

1

部分：

机车和客运车辆》

；冲击响应分析参照标准

IEC61373-2010

中的

I

类

A

级要求。

通过仿真计算得出以下结论：

（

1

）静强度工况中，蓄电池箱的最大

vonMises

应

力值小于材料的屈服极限；

（

2

）

疲劳强度工况中，

蓄电池箱體的最大主应力值小

于非打磨焊缝的疲劳极限；

（

3

）冲击响应工况中，蓄电池箱体的最大

vonMises

应力值小于材料的屈服极限；

（

4

）

模态分析中，

蓄电池箱的

1

阶固有模态频率值

为

23.339Hz

。

标签：有限元法；静强度；疲劳强度；冲击响应；模态

doi

：

10.19311/j.cnki.16723198.2017.14.101 

1 

前言

该型地铁车辆的蓄电池箱主要由箱体框架、蒙板、摆臂、电池台车、箱门、

通气帽、配电箱和蓄电池组成。其中，箱体框架为主要承载部件，型材厚度主要

是

3mm

和

4mm

。

蓄电池箱通过

6

个吊座，共

6

个孔，吊挂在车下，其安装形式如图

1

所示。

根据蓄电池箱的吊挂位置，本文规定沿车体纵向为蓄电池箱的纵向（

X

向）

，沿

车体垂向为蓄电池箱的垂向（

Y

向）

，沿车体横向为蓄电池箱的横向（

Z

向）

。

图

1 

蓄电池箱安装形式

框架、下蒙板、摆臂、电池台车、轴承材料为不锈钢

06Cr19Ni10

，其他蒙

板及箱门盖板材料为铝合金

5083-H111

。蓄电池箱各组成部件的材料参数如表

1

所示。

根据蓄电池箱组成的实际结构和尺寸建立几何模型，

去除了部分对结构强度

没有影响的电器件和孔洞，保留主要的承载结构。采用

Hypermesh

软件对蓄电

池箱的几何模型进行有限元网格划分。

因为蓄电池箱结构属于弹性薄壳结构，所以分析中采用

PSHELL

单元，蓄

电池及部分结构采用实体

PSOLD

单元，整个模型包括

482552

个单元和

496286

个节点，蓄电池箱有限元模型如图

2

所示。

2 

计算工况及边界条件

依据

BS EN 12663-1

：

2010

《铁路应用

-

铁路车辆车身的结构要求

第

1

部分：