铁路客车水箱是车上重要的储水设备,其结构和动力学性能直接影响着水箱的使用安全。列车在加速、制动以及受到随机动载荷时水箱内水的晃动对水箱结构及疲劳寿命等均产生一定影响。本文以铁路客车常用的椭圆水箱和方水箱为研究对象,基于流固耦合的理论与方法,结合有限元软件对水箱进行了结构强度分析、带有冲击预应力的模态分析和随机振动疲劳寿命分析。主要内容如下:结合水箱实际尺寸建立水箱的三维模型,由于流固耦合分析需要对流体和固体分别进行求解,所以分别对水箱固体结构和流体结构划分网格,建立固体和流体的有限元模型。对水箱结构进行静强度和冲击强度分析。在静强度分析中,依据铁路标准《TB/T1720-2010铁道客车给水装置》对水箱施加三种不同的保压静压力,分析水箱结构的应力分布及最大应力值,并对水箱材料进行弹塑性假设后求出水箱的塑性变形量。结果表明:施加100kPa静压力时两种水箱均未产生塑性变形,满足标准中保压试验的评价要求。在冲击强度分析中,依据国标《GB/T 21563-2008轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》选取冲击脉冲,对水箱三个方向依次施加连续冲击载荷,分析水箱在冲击工况下冲击应力对结构的影响。对水箱受到的最大冲击应力随盛水量的变化进行研究发现,最大冲击应力与盛水量基本成正比,椭圆水箱和方水箱分别在100%盛水量和80%盛水量时结构受到的冲击应力最大。将流固耦合作用下水箱受到的冲击应力作为预应力,对水箱进行带有预应力的模态分析,求得水箱的各阶固有频率及模态振型,其中一阶固有频率通过与车体的振动频率进行比较,水箱不会与车体产生共振;采用频域分析方法,将随机振动功率谱做为激励,对水箱进行随机振动疲劳寿命的分析计算,结果表明,水箱在三个方向的随机振动中均未产生疲劳损伤,寿命值为8.2×10~5h,满足水箱长寿命使用的要求。对比两种水箱的分析数据,椭圆水箱的综合结构性能较优于方水箱;通过对两种铁路客车常用水箱的结构强度与动力学分析,找到了水箱结构的薄弱位置,对于加强水箱结构强度具有理论参考和指导意义。