本發(fā)明屬于竹纏繞高速動車領(lǐng)域，具體涉及新型車體結(jié)構(gòu)的設(shè)計的仿真分析，特別是涉及一種竹纏繞車體的有限元仿真測試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

竹纏繞復(fù)合產(chǎn)品例如竹纏繞復(fù)合管是一種以竹材為增強材料，以熱固性樹脂為膠粘劑，采用纏繞的工藝方式加工成型的產(chǎn)品，其通常包括內(nèi)襯層、增強層和外防護層，內(nèi)襯層是由浸潤有樹脂的織物纏繞在模具上形成，增強層是通過浸有樹脂的竹篾卷/簾纏繞多層在內(nèi)襯層上固化復(fù)合而成，外防護層是涂覆在增強層上的一層防水防腐涂料，主要用于抗老化、防腐蝕、抗日曬。

軌道車輛包括高鐵、動車、地鐵、輕軌、磁懸浮列車等，軌道車輛車體主要是由車頭部的頭車車體和后面連接的若干個中間車車體構(gòu)成，頭車車體和中間車車體均是由車頂、側(cè)墻、端墻、底架圍成，頭車車體的車頭部還設(shè)置有司機室結(jié)構(gòu)及罩在其外面的車頭罩。

底架一般是由底板及連接在其下面的邊梁、橫梁、緩沖梁、枕梁等承載梁構(gòu)成。為了滿足空氣動力學(xué)性能，車頭設(shè)置為細長流線型狀，車體外表面均平滑過渡，而隨著對動車、高鐵等軌道車輛更快的運行速度的要求，車體的輕量化設(shè)計成為其中一種在保證可靠性的前提下提高車輛速度的必要措施。實現(xiàn)車體輕量化主要有兩種途徑：一是采用新材料，二是合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。傳統(tǒng)的軌道車輛車體采用耐候鋼車體和不銹鋼車體，車體結(jié)構(gòu)是采用單層外殼內(nèi)部骨架的結(jié)構(gòu)，目前是采用鋁合金車體，制成中空型材結(jié)構(gòu)，減重效果突出，得到快速的推廣和普及。但作為金屬結(jié)構(gòu)，其自重依然很大，限制車速的進一步提高；并且鋁是有限資源，限制其大規(guī)模的應(yīng)用，而第二種合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在現(xiàn)有技術(shù)中的局限思維的限定下，取得突破性的設(shè)計成果并不容易。

為解決上述的車體輕量化的技術(shù)問題，專利申請?zhí)枮?01510942477.6的發(fā)明專利申請公開了一種軌道車輛車體及其制備方法(專利公開號為cn105383506a，專利的公開日期為2016年03月09日)，其中其公開了如下技術(shù)特征：在一種具體實施方式中，如圖1和2所示，軌道車輛車體，包括車頂11、端墻2、側(cè)墻12、底架，所述底架包括底板13和承載結(jié)構(gòu)3，所述側(cè)墻12、車頂11、底板13圍成車體車身1，所述側(cè)墻12與車頂11、側(cè)墻12與底板13之間均通過圓角過渡，所述車體車身1是由竹篾和樹脂纏繞一體成型，所述端墻2固定在所述車體車身1的端部，所述車體車身1固定在所述承載結(jié)構(gòu)3上。車體車身1主要承受空氣動力，車體自重由承載結(jié)構(gòu)3承載。

承載結(jié)構(gòu)3為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)結(jié)構(gòu)，如具體可以包括兩個縱向的邊梁及與其相連的橫梁、緩沖梁、枕梁，緩沖梁與車鉤相連接，枕梁用以支持車體重量并與轉(zhuǎn)向架相接，橫梁用以支持車重并吊裝下方的機器，材質(zhì)可以為碳鋼、不銹鋼、鋁合金等金屬結(jié)構(gòu)；端墻2的結(jié)構(gòu)與材質(zhì)也為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)結(jié)構(gòu)，如碳鋼、不銹鋼、鋁合金等金屬結(jié)構(gòu)。車體車身1采用竹篾和樹脂通過纏繞工藝一體成型，充分利用竹材自身優(yōu)異的力學(xué)性能，采用可以充分發(fā)揮出其拉伸強度的纏繞工藝，與樹脂復(fù)合，粘結(jié)固化為整體性能好、質(zhì)量輕、強度高、彈性模量高、綠色環(huán)保的車體車身1。車體車身1表面均由圓角過渡，使?jié)M足空氣動力學(xué)的要求的同時，便于竹篾纏繞過程中強度的充分發(fā)揮。車體車身1的截面形狀為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)形狀，如鼓形，或其他符合空氣動力學(xué)要求的，四面均為凸弧面且相互之間平滑過渡的形狀。車體車身1固定在承載結(jié)構(gòu)3上，固定方式可以采用粘結(jié)度高的膠黏劑進行粘接，可以在車體車身1的底部通孔，采用螺栓螺母、方頭法蘭、定位銷等方式與承載結(jié)構(gòu)3連接固定，優(yōu)選在纏繞車體車身1過程中，在車體車身底面纏繞上金屬結(jié)構(gòu)，之后再將該金屬結(jié)構(gòu)與承載結(jié)構(gòu)3焊接固定。端墻2固定在車體車身1的端部，可以固定在內(nèi)表面也可以固定在外表面，固定方式可以采用粘結(jié)度高的膠黏劑粘接，也可以采用螺栓螺母、方頭法蘭、定位銷及焊接等連接件固定。

上述現(xiàn)有技術(shù)，由于車體車身采用竹材作為原材料，資源可再生，不會受到資源限制，而且竹材質(zhì)量輕，強度高，韌性好，利用長竹篾的高比強度、比模量，采用不破壞竹材自身結(jié)構(gòu)、充分發(fā)揮其力學(xué)性能的纏繞工藝，輔以樹脂的粘結(jié)固化作用，使制得的車體車身強度高、質(zhì)量輕，纏繞一體成型使車體車身整體性能好，剛度高，并且使車體的側(cè)墻、車頂、底板之間沒有多余零部件連接，減少噪音和振動，且縮短制造周期，降低成本。由于采用竹材和樹脂作為車身，重量大幅降低，保證車體輕量化、有助于提速的同時，降低車輪與軌道的接觸力，減少對地面的振動，從而降低車外輻射的噪聲，并且竹材與樹脂構(gòu)成的復(fù)合材料，本身具有良好的高阻尼特性，聲衰減高，極大改善列車的抗振性能和聲學(xué)性能。另外，由竹材與樹脂復(fù)合后的材料經(jīng)試驗得出導(dǎo)熱系數(shù)低于0.2，具有保溫功能。所以，車體車身內(nèi)部不需要再加其他減振、降噪、保溫材料，就具有上述功能的新型車體，能夠顯著降低成本，減少生產(chǎn)步驟，縮短制造周期。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中的動車組車體結(jié)構(gòu)仿真分析主要參照相關(guān)強度標準，例如日本的標準jise7105:2006、歐洲標準en12663：2010和《200km/h及以上速度級鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定暫行規(guī)定》，對車體結(jié)構(gòu)強度、剛度進行分析，但是，對于上述新型高鐵交通中出現(xiàn)的車體，其采用常規(guī)的車體仿真檢測分析方式并不妥，第一，其對車體進行了徹底的材料的替換，在內(nèi)部的承載架構(gòu)為金屬的情況下，車體與內(nèi)部架構(gòu)的作用分析方式不同，需將新型的竹纏繞材料的特點考慮進仿真測試的情況中；第二，上述新型車體的加工方式與現(xiàn)有技術(shù)中的加工方式并不相同，還需將加工中引入的竹纏繞材料的特性例如固定方式引入分析測試中。由此，為新型的竹纏繞車體的設(shè)計生產(chǎn)提供可靠數(shù)據(jù)支撐的測試分析方法是亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種竹纏繞車體的有限元仿真測試方法，通過采用有限元的仿真方法，模擬車體的結(jié)構(gòu)，并且設(shè)置臨界條件及節(jié)點等參數(shù)，提出兩個階段的載荷分析方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對新型的竹纏繞車體執(zhí)行相應(yīng)的分析，對其穩(wěn)定性和可靠性的測試提供有效的仿真標準，從而為該種新型列車提供指導(dǎo)加工的作用，從而為提供重量更輕、資源不受限制的車體的普及提供可靠的設(shè)計支撐。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供一種竹纏繞車體的有限元仿真測試系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括車體結(jié)構(gòu)有限元模型模塊，車體結(jié)構(gòu)條件設(shè)置模塊以及仿真測試模塊；

車體結(jié)構(gòu)有限元模型模塊，用于建立車架有限元模型和車殼有限元模型；所述車架有限元模型中地板以上部分采用二維平面單元，地板以下部分采用三維實體單元，端板采用三維實體單元；所述車殼有限元模型考慮車殼重力，采用三維實體單元；用于設(shè)置所述車殼底面與所述車架底面的固定方式，所述車架有限元模型及所述車殼有限元模型各部分的單元數(shù)量、節(jié)點數(shù)及單元類型；設(shè)置車架及車殼材料；

車體結(jié)構(gòu)條件設(shè)置模塊，設(shè)置所述竹纏繞車體的邊界約束條件，以及載荷類型設(shè)置；

所述仿真測試模塊按照兩個階段執(zhí)行仿真測試，第一階段為單個載荷下的測試，第二階段為組合載荷下的測試。

進一步地，所述第一階段仿真測試中，所述仿真測試模塊的載荷類型為重力、地板載荷、頂部縱向壓縮、側(cè)面縱向壓縮、底部縱向壓縮及底部縱向拉伸。

進一步地，所述第一階段仿真測試中，所述重力的約束條件為車架底部，所述地板載荷的約束方式為車架底部，所述頂部縱向壓縮的約束方式為車架中部，所述側(cè)面縱向壓縮方式為車架中部，所述底部縱向壓縮的約束方式為車架中部，所述底部縱向拉伸的約束方式為車架中部。

進一步地，所述第二階段的測試中，所述仿真測試模塊執(zhí)行的組合載荷類型為：底部縱向壓縮加地板載荷、底部縱向拉伸加地板載荷、側(cè)面縱向壓縮加地板載荷、頂部縱向壓縮加地板載荷及扭轉(zhuǎn)剛度。

進一步地，在所述第二階段仿真測試中，所述底部縱向壓縮加地板載荷的約束條件為車架底部加中部，所述底部縱向拉伸加地板載荷的約束方式為車架底部加中部，所述側(cè)面縱向壓縮加地板載荷的約束方式為車架底部加中部，所述頂部縱向壓縮加地板載荷的約束方式為車架底部加中部，所述扭轉(zhuǎn)剛度的約束方式為車架中部。

進一步地，所述第一階段仿真測試及所述第二階段仿真測試中，所述載荷均考慮自身重力。

進一步地，所述車架及所述端板材料選擇鋁合金，所述車殼材料為竹纏繞材料，密度為9.5e-10t/mm3，楊氏模量為3000mpa，泊松比為0.3。

本發(fā)明還公開了一種竹纏繞車體的有限元仿真測試方法，其特征在于，該有限元仿真測試方法主要包括如下步驟：

建立有限元模型，根據(jù)車體的幾何模型建立車架和車殼的有限元模型；所述車架有限元模型中地板以上部分采用二維平面單元，地板以下部分采用三維實體單元，端板采用三維實體單元；所述車殼有限元模型考慮車殼重力，采用三維實體單元；設(shè)置所述車殼底面與所述車架底面的固定方式，并且設(shè)定車架及車殼有限元模型各部分的單元數(shù)量、節(jié)點數(shù)及單元類型；設(shè)置所述車架及所述車殼材料；

按照兩個測試階段設(shè)定所述有限元模型的邊界約束條件及載荷類型；所述第一階段仿真測試中，所述仿真測試模塊的載荷類型為重力、地板載荷、頂部縱向壓縮、側(cè)面縱向壓縮、底部縱向壓縮及底部縱向拉伸，所述重力的約束條件為車架底部，所述地板載荷的約束方式為車架底部，所述頂部縱向壓縮的約束方式為車架中部，所述側(cè)面縱向壓縮方式為車架中部，所述底部縱向壓縮的約束方式為車架中部，所述底部縱向拉伸的約束方式為車架中部；

所述第二階段的測試中，所述仿真測試模塊執(zhí)行的組合載荷類型為：底部縱向壓縮加地板載荷、底部縱向拉伸加地板載荷、側(cè)面縱向壓縮加地板載荷、頂部縱向壓縮加地板載荷及扭轉(zhuǎn)剛度；所述底部縱向壓縮加地板載荷的約束條件為車架底部加中部，所述底部縱向拉伸加地板載荷的約束方式為車架底部加中部，所述側(cè)面縱向壓縮加地板載荷的約束方式為車架底部加中部，所述頂部縱向壓縮加地板載荷的約束方式為車架底部加中部，所述扭轉(zhuǎn)剛度的約束方式為車架中部；

執(zhí)行仿真測試。

按照本發(fā)明提供的竹纏繞車體的有限元仿真方法，針對新型的竹纏繞車體為研究對象，通過仿真分析與試驗相結(jié)合的方式，快速、準確地對具有合金架構(gòu)和竹纏繞車體的多個指標執(zhí)行分析，操作簡易可行，上述仿真測試方法的執(zhí)行，不僅可以提供準確的檢測數(shù)據(jù)，積累大量真實有效的試驗數(shù)據(jù)，為新型車輛的可靠性設(shè)計生產(chǎn)使用提供有利數(shù)據(jù)支撐。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的竹纏繞車體的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的竹纏繞車體的車身結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為按照本實施例中的一種實施例所設(shè)計的竹纏繞車體的截面示意圖；

圖4為按照本實施例中的有限元仿真所建立的車架的模型示意圖；

圖5為按照本實施例中的有限元仿真所建立的車架地板以上的有限元仿真模型示意圖；

圖6為按照本實施例中的有限元仿真所建立的車架與車體螺栓連接的模型示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

首先，如圖1-2中所示的現(xiàn)有技術(shù)中的竹纏繞車體，其中所涉及的竹材料的制備過程方法具體如下：

樹脂改性處理：向樹脂中添加改性劑和阻燃劑，增大樹脂韌性和強度，并使其具有阻燃性；樹脂類型本發(fā)明不做限制，可以為任意所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員易于想到的樹脂，如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂等，所添加的改性劑和阻燃劑可以起到增大樹脂韌性和強度并使其具有阻燃性的都可以，根據(jù)不同的樹脂選用不同的添加劑，屬于現(xiàn)有技術(shù)常見的改性處理方式；

竹篾預(yù)處理：將原竹的竹青、竹黃去掉，剩余部分剖切成竹蔑，將所述竹篾進行脫水防腐處理，之后連接成連續(xù)長的竹篾帶；竹材最好選用3-4年生的青壯年的竹子，具體的脫水防腐處理方式不做限制，脫水方式可以采用曬干、烘干等方式去除竹材的水分，使其含水率降至10％以下，防腐處理可以采用不破壞竹材力學(xué)性能的任意現(xiàn)有方式；

制作芯模：根據(jù)具體車型制作相應(yīng)芯模；

纏繞車體車身1：將所述竹篾帶橫向、縱向、螺旋交叉纏繞在芯模上，邊纏繞邊淋澆改性后的樹脂，脫模后制成車體車身1；采用橫向、縱向、螺旋交叉纏繞的組合纏繞方式，使纏繞出的車身表面各個點上的各個方向強度均勻，；

制作端墻2和承載結(jié)構(gòu)3；端墻2和承載結(jié)構(gòu)3的材質(zhì)、制作方式均屬于現(xiàn)有常規(guī)的結(jié)構(gòu)和制作方式；

將端墻2固定在制作好的車體車身1的端部；具體固定方式不做限制，如，可以將端墻2套裝在端部外表面，并用連接緊固件固定，也可以用高粘結(jié)度的膠黏劑將其粘接在車體車身1端部的內(nèi)表面，同時用連接緊固件連接固定，也可以使端墻2焊接在承載結(jié)構(gòu)3上，車體車身1固定在承載結(jié)構(gòu)3上，則端墻2也與車體車身1固定，只要能使端墻2固定在車體車身1端部的任意本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到的固定方式；

將制作好的車體車身1固定在承載結(jié)構(gòu)3上，具體固定方式不做限制，如采用高粘結(jié)度的膠黏劑粘接，并同時用連接緊固件連接固定，或在纏繞車體車身1的時候，最后將承載結(jié)構(gòu)3上首先與車體車身1接觸的兩條邊梁直接纏繞在車體車身1上。

如3所示，按照本發(fā)明中的其中一種具體的實施例，并根據(jù)gb146.1-1983《標準軌距鐵路車輛機車限界》及現(xiàn)有高鐵車廂尺寸，確定竹纏繞高鐵車廂外界尺寸最大不超過(寬x高)3400mmx4800mm。然后根據(jù)兩個依據(jù)確定實際尺寸：

1、水平方向上，內(nèi)部最寬尺寸設(shè)計為3200mm；

2、高度方向上，內(nèi)部最高尺寸設(shè)計為2930mm；

3、長度方向上，我們參考高鐵車廂現(xiàn)有長度及內(nèi)部布局，以及考慮竹纏繞產(chǎn)品后續(xù)加工，設(shè)計長度為26m。

外形設(shè)計上：

從減小空氣阻力考慮，設(shè)計為腰部鼓形；

車架及車殼有限元模型各部分的單元數(shù)量、節(jié)點數(shù)及單元類型的其中一種具體實施例如下表1所示：

表1對竹纏繞車體的其中一種實施例中建模的具體信息

在仿真測試過程中，計算分為兩個階段，第一階段是計算各個載荷對結(jié)構(gòu)的影響，每種情況均考慮重力的作用；

第二階段是計算組合載荷對結(jié)構(gòu)的影響，并且每種情況除計算出扭轉(zhuǎn)剛度之外均考慮了重力的作用，載荷工況如下表2所示：

表2仿真測試中的兩個階段載荷的具體設(shè)置情況

其中車架及端板材料選擇鋁合金，車殼材料選擇竹纏繞復(fù)合材料，由于只考慮車殼重力的影響，由此只簡化車殼材料屬性，按照均勻各向同性材料設(shè)置，材料的參數(shù)如下表3所示：

表3仿真測試中的車架及車殼的具體材料的設(shè)置情況

在第一階段中，各載荷的施加位置、大小及約束方式如下表4所示：

表4竹纏繞車體的有限元仿真測試中第一階段的載荷具體設(shè)置情況

其中第二階段的組合載荷的施加情況如下表5所示：

表5竹纏繞車體的有限元仿真測試中的第二階段載荷的具體設(shè)置情況

其中如圖4-6所示，是按照上述有限元的仿真方法所建立的竹纏繞車體的模型示意圖，各個載荷的計算結(jié)果(其中包括了對各個計算結(jié)果的影響因素的考量和計算方式)如下(計算內(nèi)容主要為各個載荷對結(jié)構(gòu)的影響，并且每種情況均考慮了車殼重力的作用，各載荷及重力作用下的應(yīng)力及位移計算結(jié)果情況如下述的展示結(jié)果情況所示：

1、重力

重力，載荷及約束施加位置，施加重力載荷時，僅在車架底部約束，約束的位置為車架及車殼螺栓孔，然后對整個車架及車殼模型施加沿y方向的重力，其中，計算內(nèi)容主要為各單載荷對結(jié)構(gòu)的影響，并且每種情況均考慮了車殼重力的作用，各載荷及重力作用下竹纏繞車廂的應(yīng)力、位移計算結(jié)果如下所示：

在重力作用下的約束位置和載荷施加位置，根據(jù)有限元仿真結(jié)果，重力作用下骨架應(yīng)力分布(最大應(yīng)力60.71mpa)，重力作用局部應(yīng)力分布(最大應(yīng)力60.71mpa)，竹纏繞殼體應(yīng)力分布(最大應(yīng)力1.21mpa)，重力作用下骨架位移情況(最大變形2.62mm)，重力作用下的竹纏繞車殼變形情況(最大變形2.6mm)，

在自身重力及相互作用下，骨架最大應(yīng)力位于底板螺栓孔周圍，為60.71mpa，小于許用應(yīng)力190mpa；殼體最大應(yīng)力位于頂部，為1.21mpa。

在重力作用下，骨架頂部發(fā)生最大位移2.62mm，殼體最大位移2.6mm，兩者位移相近，并且殼體比骨架稍小。

從應(yīng)力計算結(jié)果可以看出在重力作用下，車架的最大應(yīng)力值為59mpa，車殼的最大應(yīng)力值為0.68mpa，都出現(xiàn)在螺栓孔附近，該最大應(yīng)力是由于螺栓約束導(dǎo)致的應(yīng)力集中，車架的最大位移為4.04mm，車殼的最大位移為4.93mm。

2、地板載荷

地板載荷，計算中認為地板地板承受均布載荷，采用車架底部約束，通過參考點rp-1施加地板載荷，參考點與地板之間采用耦合鏈接傳遞載荷，應(yīng)力計算結(jié)果為地板受載骨架應(yīng)力分布，骨架局部區(qū)域應(yīng)力分布(最大462.5mpa≥250mpa)，地板受載時車殼應(yīng)力分布(最大2.8mpa)，位移計算結(jié)果，地板載荷作用下骨架整體變形情況(最大變形3.56mm)，地板載荷作用下殼體位移(最大變形3.55mm)，最大應(yīng)力是由于螺栓約束導(dǎo)致的應(yīng)力集中，從位移結(jié)果上看，在地板載荷作用下，車架和車殼的最大位移都略有增加，車架位移為5.05mm，車殼位移為5.84mm。

3、頂部縱向壓縮

頂部縱向壓縮，頂部縱向壓縮載荷按照均布載荷的處理原則，施加的位置為在兩個端面沿著軸向向內(nèi)擠壓，其中約束位于車體結(jié)構(gòu)中間區(qū)域，頂部壓縮載荷作用下骨架局部應(yīng)力分布(最大154mpa)，頂部壓縮作用下骨架變形分布(最大5.73mm)，頂部壓縮作用下殼體變形分布(最大5.73mm)，

a)在頂部縱向壓縮載荷作用下，骨架最大應(yīng)力位于縱向筋兩端，為154mpa，從兩端往里逐漸減小，小于許用應(yīng)力190mpa；殼體最大應(yīng)力在頂部兩端，為5.54mpa。

b)在頂部縱向壓縮載荷作用下，骨架頂部發(fā)生最大位移5.73mm，殼體最大位移5.73mm，兩者位移大小相同。

4、側(cè)面縱向壓縮

其中在進行側(cè)面縱向壓縮的仿真時，其中側(cè)面縱向壓縮載荷按均布載荷處理，沿著軸向方指向軸心，約束位于結(jié)構(gòu)中間區(qū)域，

側(cè)面壓縮載荷作用下骨架局部應(yīng)力(最大184mpa)，側(cè)面壓縮載荷作用下骨架變形分布(最大變形3.34mm)，側(cè)面壓縮載荷作用下殼體變形分布(最大變形3.25mm)，

a)在側(cè)面縱向壓縮載荷作用下，骨架最大應(yīng)力位于側(cè)面縱向筋兩端，為184mpa，從兩端往里逐漸減小，小于許用應(yīng)力190mpa；殼體最大應(yīng)力位于頂部兩端，為7.1mpa。

b)在頂部縱向壓縮載荷作用下，骨架頂部發(fā)生最大位移3.34mm，殼體最大位移3.25mm，兩者位移大小相近，殼體小于骨架位移變形。

5、底部縱向壓縮

底部縱向壓縮載荷按均布載荷處理，施加位置沿著軸向方向指向軸心，約束位于結(jié)構(gòu)中間區(qū)域，底部縱向壓縮作用下骨架局部應(yīng)力分布(最大應(yīng)力390.2mpa)，

a)在底部縱向壓縮載荷作用下，骨架最大應(yīng)力位于底部弧形板與縱向筋連接處，高達390.2mpa，大于許用應(yīng)力190mpa，這在結(jié)構(gòu)上要進行改進；殼體最大應(yīng)力位于底部兩端，為6.12mpa。

b)在底部縱向壓縮載荷作用下，骨架底部和頂部有最大位移2.86mm，殼體底部兩端及頂部有最大位移2.52mm，兩者位移大小相近，殼體小于骨架位移變形。

6、底部縱向拉伸

底部縱向拉伸載荷按均布載荷處理沿著軸向的方向沿軸心向外，約束位于結(jié)構(gòu)中間區(qū)域，底部拉伸作用下骨架局部應(yīng)力分布(最大應(yīng)力229.7mpa)，

a)在底部縱向拉伸載荷作用下，骨架最大應(yīng)力位于底部弧形板與縱向筋連接處，為229.7mpa，大于許用應(yīng)力190mpa，結(jié)構(gòu)上要優(yōu)化；殼體最大應(yīng)力位于底部兩端，為3.89mpa。

b)在底部縱向拉伸載荷作用下，骨架底部和頂部有最大位移2.43mm，殼體底部兩端及頂部有最大位移2.40mm，兩者位移大小相近，殼體小于骨架位移變形。

第二階段測試中：主要包括如下階段的測試：

1、底部縱向壓縮+地板載荷

約束位置為車架底部和車架中部，在車架的底部兩端各施加壓縮載荷，通過參考點rp-1施加地板載荷，參考點與地板之間通過耦合連接傳遞載荷。

在底部縱向壓縮載荷及地板載荷雙重作用下，車架大部分區(qū)域應(yīng)力小于190mpa，車架應(yīng)力最大值出現(xiàn)在端板局部放大區(qū)域，由于處于載荷施加的位置，所以會出現(xiàn)局部的應(yīng)力集中，應(yīng)力最大值為280mpa。車殼的應(yīng)力最大值為0.69mpa，主要分布在螺栓孔附近，是由于螺栓約束導(dǎo)致的應(yīng)力集中。車架和車殼位移最大值主要受重力影響，車架最大位移為3.86mm，車殼最大位移為4.82mm。

2、底部縱向拉伸+地板載荷

約束位置為車架底部和車架中部，在車架的底部兩端各施加縱向拉伸載荷，通過參考點rp-1施加地板載荷，參考點與地板之間通過耦合連接傳遞載荷。

在底部縱向拉伸載荷及地板載荷雙重作用下，車架應(yīng)力最大值為187mpa，車殼的應(yīng)力最大值為0.68mpa，主要分布在螺栓孔附近。車架和車殼位移最大值主要受重力影響，車架最大位移為3.86mm，車殼最大位移為4.79mm。

3、側(cè)面縱向壓縮+地板載荷

約束位置為車架底部和車架中部，在車架的側(cè)面施加壓縮載荷，通過參考點rp-1施加地板載荷，參考點與地板之間通過耦合連接傳遞載荷。

在側(cè)面縱向壓縮載荷及地板載荷雙重作用下，車架大部分區(qū)域應(yīng)力小于190mpa，車架應(yīng)力最大值出現(xiàn)在局部放大區(qū)域，由于缺少過渡圓角，所以會出現(xiàn)應(yīng)力集中，最大值為498mpa，車殼的應(yīng)力最大值為2.5mpa，出現(xiàn)在側(cè)面加載位置。車架和車殼位移最大值受側(cè)面壓縮載荷影響較大，車架最大位移為8.27mm，車殼最大位移為8.28mm。

4、頂部縱向壓縮+地板載荷

約束位置為車架底部和車架中部，在車架的頂部兩端施加縱向壓縮載荷，通過參考點rp-1施加地板載荷，參考點與地板之間通過耦合連接傳遞載荷。

在頂部縱向壓縮載荷及地板載荷雙重作用下，車架大部分區(qū)域應(yīng)力小于190mpa，車架應(yīng)力最大值出現(xiàn)在局部放大區(qū)域，由于缺少過渡圓角，所以會出現(xiàn)應(yīng)力集中，最大值為259mpa，車殼的應(yīng)力最大值為0.93mpa，出現(xiàn)在頂部加載位置附近。車架和車殼頂部在重力作用下，自然下沉，加上頂部壓縮的雙重作用下，位移最大值明顯增加。車架最大位移為9.73mm，車殼最大位移為9.82mm。

5、抗扭剛度

計算中在端板施加方向相反各40kn﹒m的扭矩，不考慮重力，施加位置為下圖所示黃色箭頭處，約束位于結(jié)構(gòu)中間區(qū)域。

車架扭轉(zhuǎn)剛度：

按照上述實施例中的仿真測試結(jié)論如下：

(1)目前選擇采用6系鋁合金材料，考慮到安全系數(shù)后，該材料最大許用應(yīng)力為190mpa左右。因此局部應(yīng)力云圖設(shè)置的下限為190mpa，即應(yīng)力值小于190mpa的區(qū)域顯示灰色，大于190mpa的區(qū)域顯示其他顏色。

(2)從應(yīng)力云圖上看，在單個載荷作用或是組合載荷作用下，車架的大部分區(qū)域應(yīng)力值小于190mpa，應(yīng)力值大于190mpa的區(qū)域主要是由于約束、載荷或是無過渡圓角引起的應(yīng)力集中，而實際連接中可避免應(yīng)力集中現(xiàn)象。

(3)重力、頂部縱向壓縮載荷以及側(cè)面縱向壓縮載荷對車架及車殼的位移量影響較大，在重力和頂部縱向壓縮載荷共同作用下，車架及車殼的位移比較顯著。側(cè)面縱向壓縮載荷作用下，靠近載荷施加位置附近的車架和車殼也存在顯著位移。

(4)相較于各單個載荷對結(jié)構(gòu)的影響，組合載荷增加了地板載荷，由于地板載荷施加在整個地板上，受力面積大，因此實際對車架的影響相對其他載荷較小。同時由于增加了對車架底面的約束，因此車架結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，即使增加了地板載荷，但是應(yīng)力最大值反而稍有下降，改善了應(yīng)力集中。

(5)計算車架扭轉(zhuǎn)強度時，在車架兩邊端面上施加方向相反各40kn﹒m的扭矩，車架帶車殼時最大應(yīng)力值為60mpa左右，前期計算結(jié)果僅有車架不帶車殼時的應(yīng)力最大值為153mpa，說明增加車殼后，車架扭轉(zhuǎn)剛度得到增強。

(6)計算車架扭轉(zhuǎn)剛度時，車架長度為25.64m，由于在車身中部約束，因此長度值取車架長度一半即12.82，4.167e-3為端板最大扭轉(zhuǎn)角，計算得到車架扭轉(zhuǎn)剛度為1.23e8(n﹒m²/rad)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。