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动车组行李架结构设计优化与仿真分析 作者：覃森
来源：《企业技术开发·中旬刊》2015年第04期
摘 要：文章通过对动车组行李架结构有限元计算分析，优化设计了动车组行李架。对各种结构及材料下行李架的应力及位移结果进行了比较，提出了行李架的优化方案。讨论了行李架中螺栓的选用，并把仿真计算与试验结果进行了对比，计算结果与试验结果相一致。 关键词：动车组行李架；优化方案；螺栓选择；有限元计算
中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）11-0094-02
动车组行李架作为动车内装的重要组成部分，分为三个主要部分：端部托架、型材框架和隔板，它们的链接方式有插接、螺钉连接等连接方式。具有强度高、防潮、防火、抗风压、抗地震、寿命长及加工安装方便等优点。
隔板主要有玻璃隔板和PC隔板两种，玻璃隔板刚度大，内部结构稳定，受力后变形量小。但玻璃的二次加工性能差，钢化后无法进行二次加工，且玻璃的尖角冲击和自爆是无法避免的。
PC板密度小，质量轻，加工性、可塑性好，受力变形后易恢复。但其硬度低，刚度小，使用时易出现划痕。在受力状态下，产品的变形较大，对结构的要求高。因此，合理选择材料和结构的合理设计非常重要。
对于行李架的设计，两个托架间的跨距非常重要，当跨距在1 m左右时对设计要求不高，容易达到设计要求。但动车组行李架一般跨距在2 m左右，因此，对其结构的设计尤为重要，特别是要考虑行李架在中部的变形。其次，应该选择合适的螺栓以满足静态强度及疲劳要求。 1 有限元模型及边界条件
有限元法是结构分析的一种数值计算方法，是矩阵方法在结构力学和弹性力学等领域中的应用和发展。在进行结构强度计算过程中，有限元的计算可归结为三大方程的联合统一，平衡方程、几何方程和物理方程—弹性本构关系，静力有限元平衡方程，其形式为：
由于行李架部件多，建模工作量大，需对模型进行简化以减少计算量。因此计算模型中忽略了较小的圆角、倒角等细节，忽略这些元素不会对所关心的计算结果产生影响，但可以大大减小计算量，提高工作效率。模型中端部托架采用的是六面实体单元，其余部件采用壳单元划分。整个模型的单元数和节点数分别约为10万，11万。离散后的行李架结构有限元模型如图1所示，模型的边界条件如图2所示，在托架端部和车体的连接部位采用全约束。
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动车组行李架结构设计优化与仿真分析 作者：覃森
来源：《企业技术开发·中旬刊》2015年第04期
摘 要：文章通过对动车组行李架结构有限元计算分析，优化设计了动车组行李架。对各种结构及材料下行李架的应力及位移结果进行了比较，提出了行李架的优化方案。讨论了行李架中螺栓的选用，并把仿真计算与试验结果进行了对比，计算结果与试验结果相一致。 关键词：动车组行李架；优化方案；螺栓选择；有限元计算
中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）11-0094-02
动车组行李架作为动车内装的重要组成部分，分为三个主要部分：端部托架、型材框架和隔板，它们的链接方式有插接、螺钉连接等连接方式。具有强度高、防潮、防火、抗风压、抗地震、寿命长及加工安装方便等优点。
隔板主要有玻璃隔板和PC隔板两种，玻璃隔板刚度大，内部结构稳定，受力后变形量小。但玻璃的二次加工性能差，钢化后无法进行二次加工，且玻璃的尖角冲击和自爆是无法避免的。
PC板密度小，质量轻，加工性、可塑性好，受力变形后易恢复。但其硬度低，刚度小，使用时易出现划痕。在受力状态下，产品的变形较大，对结构的要求高。因此，合理选择材料和结构的合理设计非常重要。
对于行李架的设计，两个托架间的跨距非常重要，当跨距在1 m左右时对设计要求不高，容易达到设计要求。但动车组行李架一般跨距在2 m左右，因此，对其结构的设计尤为重要，特别是要考虑行李架在中部的变形。其次，应该选择合适的螺栓以满足静态强度及疲劳要求。 1 有限元模型及边界条件
有限元法是结构分析的一种数值计算方法，是矩阵方法在结构力学和弹性力学等领域中的应用和发展。在进行结构强度计算过程中，有限元的计算可归结为三大方程的联合统一，平衡方程、几何方程和物理方程—弹性本构关系，静力有限元平衡方程，其形式为：
由于行李架部件多，建模工作量大，需对模型进行简化以减少计算量。因此计算模型中忽略了较小的圆角、倒角等细节，忽略这些元素不会对所关心的计算结果产生影响，但可以大大减小计算量，提高工作效率。模型中端部托架采用的是六面实体单元，其余部件采用壳单元划分。整个模型的单元数和节点数分别约为10万，11万。离散后的行李架结构有限元模型如图1所示，模型的边界条件如图2所示，在托架端部和车体的连接部位采用全约束。