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动车组车辆设计技术

第4章动车组车辆结构强度分析基础

目录/CONTENTS

4.1概述

4.2车辆结构件计算载荷确定

4.3车辆零部件应力计算

4.4车辆结构强度评定

4.1概述

4.1.1车辆结构强度分析的意义

随着列车运行速度和载重的不断提高，为了改善车辆动力学性能、提

高旅客乘坐舒适性、降低铁路线路维修成本、减小列车运行阻力、降低承

载结构的工作载荷和振动冲击能量，车辆承载结构相继采用了轻量化技术

设计，高速列车承载结构疲劳破坏事件的屡屡发生，其结构的疲劳可靠性

的研究就显得越来越重要了。

随着国内外重载列车和提速、准高速和高速列车承载结构疲劳破坏事

件的发生，加强铁道车辆承载结构动力学性能和疲劳强度可靠性的研究就

显得越来越重要了。

4.1.2车辆承载件强度分析现状

从20世纪80年代开始，日本学者对高速列车轻量化承载结构疲劳强度

和可靠性问题进行了广泛的理论、实验室试验和线路试验研究，提出了承

载结构疲劳设计的工程方法和延长其使用寿命的理论方法。

在欧洲，通过大量的车辆线路运行试验，国际铁路联盟（UIC）和欧洲

标准（EN）试验中心专家委员会发布了大量车辆承载结构设计载荷、载荷

工况组合和强度试验的研究报告，制订出相关的设计和试验标准。

我国在高速列车关键技术预研究阶段，由于结构强度设计和试验标准滞

后于车辆技术发展，在承载结构设计时，主要根据服役环境和现有相关设

计标准对设计产品进行静强度和疲劳强度分析。

4.1.3车辆强度分析的目的和内容

车辆强度分析的目的是确定车辆承载结构在运用载荷作用下具有的承载能力，保证

其在使用期间内的安全性和可靠性；同时应尽可能减小车辆及其部件的结构自重，充分

发挥结构的整体承载能力。强度分析的内容如下：

1.进行结构参数设计，确定最优方案

在进行结构设计时，可以通过对可能的结构方案进行有限单元法计算。

2.分析结构损坏原因，寻找改进途径

当结构件在工作中发生故障，如裂纹、断裂、磨损过大等时，可应用有限单元法进

行计算，研究结构损坏的原因，找出危险区域和部位，提出改进设计的方案，并进行相

应的计算分析，直至找到合理的结构为止。

强度计算主要内容包括：（1）确定载荷工况；（2）强度和刚度计算；（3）计算

结果评定

4.2车辆结构件计算载荷确定

4.2.1载荷分类

车辆在各种运行条件下，其主要承载零部件承受多种载荷的作用。作用在车辆上的

载荷按其作用性质一般可分为静载荷和动载荷两大类。

静载荷在运用中具有确定不变的数值和作用方向。

动载荷在运用中其数值和作用方向均随时间而变化的载荷。

几种主要计算作用方式：垂向方式、纵向方式、侧向方式和自相平衡的一些力组。

在进行车辆结构强度设计时，一般情况下均应考虑以下作用载荷（或力）：①垂向

静载荷，包括结构自重、载重和整备质量；②垂向动载荷；③侧向力，包括离心惯性

力和风力；④纵向冲击力及由它