计算是选择车体I尾部作为定位基准。简单的推理就可以想到，也可以机车上任意一点作为基准点，其他位置相应的按照基准点变化；根据力的作用是相互的，也可在机车两端同时施加作用力，其计算结果和一端施加作用力相同。
[0036]步骤103:若枕梁2的支座反力为拉力，则释放枕梁2的垂直方向平动自由度并重复步骤102 ;若所有枕梁2的支座反力均不为拉力，这时计算出来的车体I的应力作为模拟结果。
[0037]在步骤102中进行了初步的强度模拟计算并计算各个支撑节点的受力情况，而由于对各个枕梁2在Z方向的平动自由度进行了限制，因而枕梁支撑节点可能会出现Z轴方向拉力形式的支座反力；而根据实际测试如有向Z轴方向的拉力形式的支座反力，则枕梁2会脱离测试工装。为模拟现实情况，需要释放相应的支座反力为拉力的枕梁2的Z向平动约束、使得模拟计算时枕梁2可向上移动。如此，通过循环计算，当所有的枕梁2的支座反力均不为拉力时，可得到在外力作用下结构最终的变形情况，在此约束条件下就可准确地计算车体I的强度是否满足要求，为设计工作提供指导。
[0038]在以上步骤中释放枕梁2绕Y轴旋转的自由度。强度计算过程中，可以将旋转轴设置在枕梁2上的通过两个节点的一条平行于Y轴的直线上，但这样会使得计算过程中出现应力集中问题，不能反映真实应力分布情况，因此本实施例中在枕梁2的下侧脱离枕梁2表面的位置设置了一个虚拟的转动轴，枕梁2绕设置的转动轴转动，既体现面接触和可旋转的特性，又不会引起结构的应力集中。
[0039]实际测试过程中，枕梁2是通过测试工装支撑两侧的支撑面进行强度测试的，因此本实施例中通过虚拟出两个支撑面的转动节点21，利用两个转动节点连线形成转动轴，并使得位于支撑面的节点和转动节点21形成刚性单元的方法实现枕梁2的可转动特性。转动节点21位于对应的支撑面的下侧中央位置，模拟真实转动情况
[0040]根据经验数值，转动节点21可设置在支撑面下方5mm-50mm的范围内；当然这并不是绝对的，只要实现了支撑枕梁2的转动以及枕梁2上支撑面不承受拉力形式的支座反力作用就可较为准确的模拟出车体I强度。
[0041]本实施例采用主从节点方法建立枕梁2的刚性单元。主从节点方法是有限元分析中经常使用的建立适用于线性结构的刚性单元的方法。在建立刚性单元时，以每个支撑面对应的转动节点21为主节点，以位于支撑面上的节点22为从节点形成刚性单元。当然，在其他实施例中，还可采用多点约束方法建立转动节点21和位于支撑面上的节22的约束关系。如采用ANSYS软件采用MPC多点约束方法，则可在转动节点21创建targel70单元，在位于支撑面上的节点22创建contall75单元，并将约束各个contall75单元的Z向平动自由度转换为约束targel70的Z向平动自由度。
[0042]实际轨道车辆行驶中，需要限制车体相对于转向架的Y向移动(特别是在运行于弧形轨道时)，防止车体严重脱离转向架的问题。为此需要限制部分枕梁2相对于转向架的Y向移动，且考虑实际应用中车体I能顺利通过弧形轨道，只能限制两个枕梁2相对于转向架的Y向移动，因此本实施例中设置在Y方向上限制了第二枕梁2和第五枕梁2的Y向移动。当然，在其他实施例中，也可选择其他与两个转向架连接的枕梁的Y向自由度，但根据实际应用情况最好选择靠近两端的枕梁。
[0043]采用以上方法，对具有六个枕梁的车体进行强度仿真计算。在进行压缩工况计算时，发现第二枕梁和第三枕梁处的支座反力为拉力，逐步将第二枕梁和第三枕梁处的垂向平动自由度约束释放后，发现第二枕梁和第三枕梁脱离测试工装，仿真模拟情况与实际测试情况吻合。在进行拉伸工况计算时，第一枕梁产生的支座反力为拉力，将第一枕梁的垂向平动自由度释放后第一枕梁脱离测试工装，也与实际测试情况吻合。反映了本实施例的模拟计算方法较为真实的模拟了多枕梁支撑车体的强度测试情况。
[0044]以上对本发明实施例中的多枕梁支撑车体的强度模拟计算方法进行了详细介绍。本文应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明原理的情况下，还可对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种多枕梁支撑车体的强度计算方法，其特征在于: 步骤101:对所述车体进行网格划分，形成有限元模型；限制所述车体的枕梁在垂直方向的平动自由度、释放所述枕梁绕所述车体横向方向的转动约束； 步骤102:在所述车体的长度方向向所述有限元模型施加外力，进行静强度计算，查看每个所述枕梁上的支座反力； 步骤103:若所述枕梁的支座反力为拉力，则释放所述枕梁的垂直方向平动自由度并重复步骤102 ;若所有所述枕梁的支座反力均不为拉力，以这时计算出的车体应力作为模拟结果。2.根据权利要求1所述的多枕梁支撑车体的强度计算方法，其特征在于，释放所述枕梁绕车体横向方向的转动约束具体为:在所述枕梁下侧创建转动轴；所述枕梁绕所述转动轴转动。3.根据权利要求2所述的多枕梁支撑车体的强度计算方法，其特征在于:每个所述枕梁具有两个支撑面；以每个所述支撑面下侧中央一点为转动节点；每个所述枕梁的两个所述支撑面对应的转动节点连线形成所述转动轴；所述支撑面上节点和所述转动节点间建立的刚性单元绕所述转动轴转动。4.根据权利要求3所述的多枕梁支撑车体强度计算方法，其特征在于:以所述转动节点为主节点、以所述支撑面的节点为从节点，采用主从节点方法建立每个所述支撑面对应的所述刚性单元。5.根据权利要求3所述的多枕梁支撑车体的强度计算方法，其特征在于:采用多点约束方法建立每个所述支撑面对应的所述转动节点和所述支撑面的节点间的约束关系，建立所述刚性单元。6.根据权利要求3所述的多枕梁支撑车体的强度计算方法，其特征在于:所述转动节点位于所述支撑面下方5mm-50mm范围间。7.根据权利要求1-6任一项所述的多枕梁支撑车体的强度计算方法，其特征在于:限制与支撑所述车体的两个转向架横向固定连接的两个所述枕梁在车体横向方向的平动自由度。8.根据权利要求6所述的多枕梁支撑车体的强度计算方法，其特征在于:约束所述车体长度方向的一个端面的平动自由度，在所述车体长度方向的另一端面向所述车体施加所述外力。
【专利摘要】本发明提供了一种多枕梁支撑车体的强度计算方法，包括以下步骤：对车体进行网格划分，形成有限元模型；限制车体的枕梁在垂直方向的平动自由度、释放枕梁绕车体横向方向的转动约束；有限元模型施加沿车体长度方向的外力；对模型进行静强度计算，查看每根枕梁上的支座反力；若支座反力为拉力，则释放该枕梁的垂直方向平动自由度并重复计算；若所有枕梁的支座反力均不为拉力，把这时计算出来的车体应力作为模拟结果。通过释放枕梁绕车体横向方向的转动约束使其可转动并释放枕梁上的拉力约束，枕梁可随车体受力作用而改变其与支撑工装的接触状态，可较为真实的反映车体受力时其形变特性和强度特性，为设计阶段分析设计合理性提供了可靠的指导作用。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105160106
【申请号】CN201510562587
【发明人】黄学君, 毛业军, 杨颖 , 袁文辉, 杨相健, 罗显光, 佟来生, 罗华军
【申请人】南车株洲电力机车有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月7日