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摘 要：在处理和分析机车车体强度计算载重约束的工作中，运用传统的计算方法有一定局限性，需要对传统的计算方法加以改进，基于此，本文分析机车车体强度计算中载重约束处理相关问题，从载荷工况、有限元与仿真、垂向动载荷、静强度评价四方面入手进行总结，以供参考。
关键词：机车载荷;强度计算;垂向动载荷
引言：在处理机车车体强度载重约束相关问题时，会采用相应标准上的处理方法，保证载荷能均匀分布在整个地面上，事实上这种计算方法严格说起来并不合理，主要是因为安装设备不是都处于底架表面。需尝试运用新的处理方法，对传统的计算方法加以优化。
一、机车载荷、工况多种多样
机车在使用的过程中所产生的载荷和工况多种多样，其中有8个比较重要。分别是静载荷、压缩载荷、牵引座考核、运行牵引、整体起吊、救援的两种情况、扭转。在建立汽车结构件三维数字化模型的工作中，要有标准的汽车设计规范为指导，会用到汽车构造、设计、制造工艺学有关知识。就三维数字化模型和有限元分析的几何模型而言，两者之间有着不同的侧重点，相互之间有一定区别，同时也存在着某种联系。其中三维数字化模型的侧重点是可制造性，要保证每个结构都有比较清楚的定义，而有限元分析的几何模型则更看重结构力学特性，更为关注一些会对安全产生影响的位置[1]。比如汽车驱动桥壳，其组成有半轴套管、桥壳本体、后桥盖总成、后制动底板固定法兰、钢板弹簧固定座总成。简化3D实体模型，并将模型信息导入到ANSYSWorkbench，之后才能进行有限元分析。汽车零件数以万计，这些构件的形状各不相同，完成连接和支承也有多种多样的形式，受力载荷和受力传递也有多种形式。建立有限元可进行动态分析，也能进行静态分析，但是建立模型的过程是非常复杂的。
二、机车车体强度计算有限元与仿真
分析载重约束处理，将整车车体作为研究对象，并进行有限元分析，模拟的对象是某型吊车内燃机车车体结构。建立有限元模型，会忽略一些因素，这些因素会对加工产生一定的影响。在车体结构中，只有缓冲座铸钢件采用的是10节点的四面体单元，其他的离散都用到了四边形板单元。在模拟焊缝时，是按照焊缝处节点重合的形式进行。在确定设备重量时，要依据重心和安装座的位置进行，从而科学设置每个安装座位置的受力情况，运用质量单元的形式，并设置在相互对应的质量节点上，在此期间不会考虑到结构件的具体几何形状。该有限力学模型在离散之后，单元数量达240959个，节点数量为346451个。在设计机车车体的工作中，除了要满足强度和刚度的要求外，进行碰撞实验也很有必要。研究工程力学和汽车理论相关知识，能保证汽车结构具有合理的强度和刚度，在此基础上科学分析汽车所受载荷。在计算和评价机车结构强度和刚度的工作中，会用到FEM有关知识。机车结构所受载荷是非常复杂的，分析汽车结构所受载荷要做到全面客观，建立四轮汽车模型，建立汽车坐标系，探究机车的弯曲情况，有些载荷是由部件质量引起的，主要是作用在垂直的平面上，分布于汽车车架方向上，会在垂直方向上产生弯矩。
三、分析机车动作所产生的垂向动载荷
机车振动会引起附加载荷，在研究附加载荷时，将垂向动载荷的系数设置为0.3，垂向动载荷会与静载荷同时作用在车体上。机车在制动时就会产生纵向载荷，主要作用在轮胎与地面的接触点上，也就是地面制动力和惯性力。在分析机车分析机车载重约束处理时，还需要分析汽车的扭转情况。扭转主要是由路面不平、不对称支承所产生。此时作用在同一车轴两车轮且沿竖直方向上的力就是不相等的，机车就会有沿纵向X轴转动的趋势。比如某实验中，机车所产生的纵向压缩力是在车钩的中心高度上，大小为1960KN，主要是作用在后从板座上。纵向拉伸力也是一种纵向水平载荷，在某次实验中纵向拉伸力的大小时1470KN，受力主要是前从板座[2]。牵引力较为集中，主要的受力部位是牵引座，在某次实验中，起动牵引力的大小是480.9KN，持续牵引力的大小是341.7KN。在机车行驶的过程中，始终有重力的存在，因此需要同时考虑到弯矩和扭矩。
四、机车静强度的评价
运用第四强度理论导出的等效应力来评价机车的静强度，此等效应力不应该超过相应计算工况的许用应力。在不同的应力状态下，材料不发生破坏，就要满足相应的条件。计算得到相应的结果，并比较结果。不管采取哪种处理方式，都要保证能够满足相应的强度要求。处于压缩工况和救援工况下，所选材料的许用应力应该接近最大应力，从实际情况来看，出现最大应力的位置也比较固定。运用这两种处理方式，各个工况节点的最大应力差值较小，差值为0.5%，大约为0.302MPa，对此应使用较大的节点应力，但是也存在着相反的工况。在评定车体强度时，需要加大材料的密度，来有效处理机车载重，采取这种方式，比均布载荷处理更简单。实验布设了两种救援工况、垂向静载工况、运行牵引工况，会发生车体底架最大变形和中梁变形的情况。就变形值而言，除了牵引工况外，其他三种工况，变形值比较小，相互之间的差值不到0.1%。而中梁的变形相差值则比较大，但数值也不会超过0.5%。
五、总结
综上所述，实现机车车体强度计算中载重约束的科学处理，要意识到机车载荷、工况多种多样，做好机车车体强度计算有限元与仿真工作，采取规范的步骤分析机车动作所产生的垂向动载荷，合理评价机车静强度。在日后还需要采取更多新的载重处理方法，更好接近实际情况。
參考文献：
[1]金希红，曾燕军，王泰.基于线路实测动应力谱的重载电力机车车体疲劳寿命预测[J].重庆理工大学学报（自然科学），2020，34（01）：44-50.
[2]寇怀东.电力机车车体耐冲击性情况分析[J].科技创新导报，2019，16（29）：69-70.
关键词：机车载荷;强度计算;垂向动载荷
引言：在处理机车车体强度载重约束相关问题时，会采用相应标准上的处理方法，保证载荷能均匀分布在整个地面上，事实上这种计算方法严格说起来并不合理，主要是因为安装设备不是都处于底架表面。需尝试运用新的处理方法，对传统的计算方法加以优化。
一、机车载荷、工况多种多样
机车在使用的过程中所产生的载荷和工况多种多样，其中有8个比较重要。分别是静载荷、压缩载荷、牵引座考核、运行牵引、整体起吊、救援的两种情况、扭转。在建立汽车结构件三维数字化模型的工作中，要有标准的汽车设计规范为指导，会用到汽车构造、设计、制造工艺学有关知识。就三维数字化模型和有限元分析的几何模型而言，两者之间有着不同的侧重点，相互之间有一定区别，同时也存在着某种联系。其中三维数字化模型的侧重点是可制造性，要保证每个结构都有比较清楚的定义，而有限元分析的几何模型则更看重结构力学特性，更为关注一些会对安全产生影响的位置[1]。比如汽车驱动桥壳，其组成有半轴套管、桥壳本体、后桥盖总成、后制动底板固定法兰、钢板弹簧固定座总成。简化3D实体模型，并将模型信息导入到ANSYSWorkbench，之后才能进行有限元分析。汽车零件数以万计，这些构件的形状各不相同，完成连接和支承也有多种多样的形式，受力载荷和受力传递也有多种形式。建立有限元可进行动态分析，也能进行静态分析，但是建立模型的过程是非常复杂的。
二、机车车体强度计算有限元与仿真
分析载重约束处理，将整车车体作为研究对象，并进行有限元分析，模拟的对象是某型吊车内燃机车车体结构。建立有限元模型，会忽略一些因素，这些因素会对加工产生一定的影响。在车体结构中，只有缓冲座铸钢件采用的是10节点的四面体单元，其他的离散都用到了四边形板单元。在模拟焊缝时，是按照焊缝处节点重合的形式进行。在确定设备重量时，要依据重心和安装座的位置进行，从而科学设置每个安装座位置的受力情况，运用质量单元的形式，并设置在相互对应的质量节点上，在此期间不会考虑到结构件的具体几何形状。该有限力学模型在离散之后，单元数量达240959个，节点数量为346451个。在设计机车车体的工作中，除了要满足强度和刚度的要求外，进行碰撞实验也很有必要。研究工程力学和汽车理论相关知识，能保证汽车结构具有合理的强度和刚度，在此基础上科学分析汽车所受载荷。在计算和评价机车结构强度和刚度的工作中，会用到FEM有关知识。机车结构所受载荷是非常复杂的，分析汽车结构所受载荷要做到全面客观，建立四轮汽车模型，建立汽车坐标系，探究机车的弯曲情况，有些载荷是由部件质量引起的，主要是作用在垂直的平面上，分布于汽车车架方向上，会在垂直方向上产生弯矩。
三、分析机车动作所产生的垂向动载荷
机车振动会引起附加载荷，在研究附加载荷时，将垂向动载荷的系数设置为0.3，垂向动载荷会与静载荷同时作用在车体上。机车在制动时就会产生纵向载荷，主要作用在轮胎与地面的接触点上，也就是地面制动力和惯性力。在分析机车分析机车载重约束处理时，还需要分析汽车的扭转情况。扭转主要是由路面不平、不对称支承所产生。此时作用在同一车轴两车轮且沿竖直方向上的力就是不相等的，机车就会有沿纵向X轴转动的趋势。比如某实验中，机车所产生的纵向压缩力是在车钩的中心高度上，大小为1960KN，主要是作用在后从板座上。纵向拉伸力也是一种纵向水平载荷，在某次实验中纵向拉伸力的大小时1470KN，受力主要是前从板座[2]。牵引力较为集中，主要的受力部位是牵引座，在某次实验中，起动牵引力的大小是480.9KN，持续牵引力的大小是341.7KN。在机车行驶的过程中，始终有重力的存在，因此需要同时考虑到弯矩和扭矩。
四、机车静强度的评价
运用第四强度理论导出的等效应力来评价机车的静强度，此等效应力不应该超过相应计算工况的许用应力。在不同的应力状态下，材料不发生破坏，就要满足相应的条件。计算得到相应的结果，并比较结果。不管采取哪种处理方式，都要保证能够满足相应的强度要求。处于压缩工况和救援工况下，所选材料的许用应力应该接近最大应力，从实际情况来看，出现最大应力的位置也比较固定。运用这两种处理方式，各个工况节点的最大应力差值较小，差值为0.5%，大约为0.302MPa，对此应使用较大的节点应力，但是也存在着相反的工况。在评定车体强度时，需要加大材料的密度，来有效处理机车载重，采取这种方式，比均布载荷处理更简单。实验布设了两种救援工况、垂向静载工况、运行牵引工况，会发生车体底架最大变形和中梁变形的情况。就变形值而言，除了牵引工况外，其他三种工况，变形值比较小，相互之间的差值不到0.1%。而中梁的变形相差值则比较大，但数值也不会超过0.5%。
五、总结
综上所述，实现机车车体强度计算中载重约束的科学处理，要意识到机车载荷、工况多种多样，做好机车车体强度计算有限元与仿真工作，采取规范的步骤分析机车动作所产生的垂向动载荷，合理评价机车静强度。在日后还需要采取更多新的载重处理方法，更好接近实际情况。
參考文献：
[1]金希红，曾燕军，王泰.基于线路实测动应力谱的重载电力机车车体疲劳寿命预测[J].重庆理工大学学报（自然科学），2020，34（01）：44-50.
[2]寇怀东.电力机车车体耐冲击性情况分析[J].科技创新导报，2019，16（29）：69-70.