3 侧风35m/s时横向力CFD仿真计算

　　中低速磁悬浮头车铝型材/蜂窝板车体还承受侧风.侧风风速为35m/s时,采用FLUENT软件对磁悬浮列车的外流场进行了仿真计算.计算区域为长方体,计算网格采用非结构网格.列车表面的网格为三角形单元,整个区域的体网格为四面体,网格数为88万.经计算列车侧面承受的横向合力是58.266kN,列车迎风侧的压力分布云图如图5所示.该横向力可作为磁浮车车体强度计算的载荷.

　　4 静强度和刚度仿真计算

　　由于该车底架多点支撑,因此该车表现出相当大的弯曲刚度,垂向静载荷作用下,底架边梁中部最大挠度及底架中梁中部最大挠度均很小.

　　表1给出了车体主要工况作用下主要部位的应力值[2].计算中考虑的动荷系数为1.1,该车结构应力水平也普遍较低,所有部位应力值都不大于材料的许用应力225MPa,满足《磁悬浮列车车体强度设计规范》的要求.表2中,工况1为垂直总载荷工况、工况2为纵向拉伸+垂直总载荷、工况3为纵向压缩+垂直总载荷.

　　5 模态分析计算

　　车体结构的模态是各阶固有频率和相应振型的总称,属结构的固有特性,与结构在动态条件下的运用品质有着密切的联系.结构的模态主要取决于结构的质量与分布和车体结构刚度及其所受约束情况.正确地施加约束是进行动力学分析的先决条件,不适当地施加约束将导致局部过刚,并影响收敛速度及计算结果.

　　磁浮车模态分析可以给出车体各阶振频,这对将来研究车轨振动耦合至关重要.在模态计算中,分别进行了约束模态和自由模态分析.约束模态分析中,不施加任何约束,仅在模型计算选项中去掉前六阶频率为零的6个刚体振动模态.车体约束模态和自由模态分析的部分计算结果[2]列入表2.

　　6 耐撞性仿真计算

　　车体耐撞性分析涉及一个含有未知边界条件的偏微分方程的求解,即典型的动态接触问题.本文采用国内外接触碰撞分析中使用非常广泛的有限元程序DYN3D,建立四节点实体单元、四节点壳单元、接触单元等组成碰撞状态下的车体有限元仿真模型;利用罚函数法确立碰撞过程中的接触边界面;用显示格式中心差分方法求解运动方程.图6和图7给出了磁浮车车体耐撞性仿真计算[5]的总能量和碰撞力随时间的变化曲线.

　　7 试验验证

　　基于上述研究,原设计方案数次修改.工程样车研制后,进行了静强度测试和刚度测试,结果表明:最大垂向载荷作用下,车体边梁下挠及中梁下挠与计算结果车体边梁下挠及中梁下挠非常接近.同样,在某工况下该车FEA仿真计算结果与试验测试结果[3]相当吻合(参见图8),这表明仿真计算模型中所采用的“大蜂窝”法是科学实用的.

　　8 结　语

　　中低速磁悬浮车是一典型的复杂新产品,结构极为特殊,目前,国内缺少相应设计技术规范及评价标准,同时,国内亦无可借鉴的设计及计算模型作为参考,因此为设计和计算带来了许多不确定因素.铝蜂窝复合车体结构在国内尚属首次,因此在本次计算中基于偏于安全原则而采用了大蜂窝结构替代小蜂窝结构,根据经验估计计算

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