合金型材挤压技术和折弯技术的 日益成熟 ， 车体轻量化设计 的 可靠性和稳定性得 到了有力保证。
本设计存在两 大技术难点 ：其一是据 现有挤压和焊接 工 艺， 设计满足全寿命使用要求 的轻 量化车体结构 ； 其二是设计 满足流线形头罩安装 的功能性司机室骨架结构 。 本文将 就上述 两点分析车体结构 ， 并利用有 限元方法对其结构强度和模态振
析 了其在 各 个 工况 下 的 应 力 、 变形 及 模 态 频 率 。 结果 表 明 ， 车体 结构 的强 度 和 刚 度 均 满足 相 关技 术 要 求 。 该 关 键 词 ： 铁 车辆 地 鼓形车体 有 限元 铝合 金
ｄｉ ０３ ６ ￣ｉ ｎ１０ － ５４２ １．５ ０ ｏ： ． ９ ．ｓ． ６ ８ ５ ．０ ０ ． １ １ ９ ｓ ０ ００
Ｋｅ ｒ ｓ ｍｅｒ ｅ ｉｌ ｄ ｕ Ｃ ｏ ｙ Ｆ Ｍ ； ｌ ｍｉｕ ｙ ｗｏ ｄ ： ｔ ｖ ｈ ｃｅ； ｒ ｍ ａ ｂ ｏ ｒ ｄ ；Ｅ Ａ ｕ ｎ ｍ
０ 引 言 ．
本文介绍 的是一款具有流线外形 ， 采用轻量 化设 计 ， 合 适
在城市高架线路上运 营的全新Ｂ 型铝合金鼓形车体。得益于铝
技术与市场
第 １卷第５ ０ ０ ７ 期２ １ 年
攮 硪 凌
铝合金鼓形车体 结构 设计 与计算分析
王 苏永章 岳译新 锴
湖南株 ０ １０ １
摘要 ： 文章 介 绍 了一 种Ｂ型铝 合 金 鼓 形 车 体 结 构 的轻 量 化 设 计 ， 立 了该 车 体 结 构 的 有 限 元模 型 ， 依 据 相 关标 准 分 建 并
本轻量化车体为整体承载的铝合金全焊接结构 ，由底架 、 侧墙 、 端墙 、 车顶和司机室骨架结构等部分组成 ， 图１ 如 所示 。 其 主要技术参数如下 ：
长度 ／ ｍ ｍ １ ３０ ９Ｏ
量 达８％。 目前 ， ０ 国内企业能挤压 出满足铁路应用要求的铝合
金 型材最小壁厚为２ ｍ，随着 截面增大 和内部筋板厚度 的降 ａ ｒ
厚度较 大的筋板 ， 直接导致了车顶重量 的增加 。这里通过合理
配比筋板数量 、 截面材料利用率等 ， 使重量大 幅下降。 与以往在
长梁型材上加工空调梁不 同， 本结构单独设计空调梁并 阻焊在 长梁上 ， 节省 了大量 的材料 和加 工成 本 ， 图３ 如 车顶边梁 、 长梁 和空调梁组装图。 侧墙板型材 断面大量采用三角形或梯形截面 ，－ ｍｍ的外 ３４
型进行分析。
１ 车 体 结 构 设 计 ．
１１ 车 体 主 体 结 构 型 材 设 计 ．
图 １ 车 体 整 车 结 构
图２ 车体 断 面 图
车体 的主体结构均为大断面中空型材 ，主要有底架边梁 、
车顶边梁 、 端墙、 门立柱 、 侧墙板 、 底架地板等 ， 总重 占车体重 其
４５ ４０
时， 考虑焊接质量 和安全性 ， 主体结构须保证连接处 型材 外壁
具有足够的厚度 。
车体 自重／ ｔ
６ ． ６
整备重量， 空载（ ｗ０ ／ Ａ ） ｔ
超 载 （ Ｗ３ ／ Ａ ） Ａ
３ １
３６ ２
设计时速／ｍ ｈ ｌ ／ （
９ ０
车体鼓形断面 以车辆 限界为基础确定 车体外部 轮廓线及 车体鼓形拐点 ， 分利用 了限界 空间 ， 充 扩展 了车辆 内部的乘客
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ Ａｎ ｌ ｓ ｓｏ ｕ ｉ ｕ ｄ ｕ ｒ Ｂｏ ｙ Ｓ ｒ ｃｕ ｅ ｓｇ ｎ ｉ ｌ ｔｏ ａｙ ｅ ｆＡｌ ｍ ｎ ｍ ｒ ｍ Ｃａ ｄ ｔ ｕ ｔ ｒ
ＷＡ ＮＧ Ｋａ ， Ｕ Ｙｏ ｇ ｚ ａ ｇ ＹＵＥ Ｙｉ ｘｎ ｉＳ ｎ － ｈｎ ， － ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｉ ａ ｅ ｒｓ ｎｓａ ｃ ｎ ｑ ｅ ｏ ｇ ｔ ｅｇ ｔ ｎ ａ ｌ ｍｉ ｕ ｄ ｕ ｃ ｒ ｏ ｙ ｓ ｕ ｔｒ ｆ ｐ ． ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｓｐ ｐ ｒｐ ｅ ｅ ｔ ｎ ｔ ｈ ｉｕ ｆｌ ｈ ｉｈ ｎ ａｕ ｎ ｍ ｒ ｍ ａ ｄ ｔ ｃｕ ｅ ｏ ｔ ｅ Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｅ ｉ ｗ ｏ ｂ ｒ Ｂ ｙ ｏ ｓ ｍｅｒ ｌｔ ｎ ｌ ｒ ｅ ｏ ｓ ｉｓ ｔ ｐ Ｆ Ｍ ｄ ｅ ｆ ｈ ａ ｏ ｙｏ ａ ｉｕ ａ ｓｔ ｎ ｙ ｅｉ ｔ ｓ ， ｔａｎａ ｄ ｍｏ ｅｆ ｑ ｅ ｃ ． ｈ ｏ ａ ｏ ａ ｉ ｒ ｎ ， ｔ ｅｓｕ Ｅ ｍｏ ｌ ｅＣ ｒ ｄ ｎ ｖ ｒｏ ｓｌ ｄ ａ ａ ｚ ｓｓ ｅ ｓ ｓｒｉ ｎ ｄ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｔ ｅ ｅ ｉ ｃ ｔｉ ｏｔ ｂ ｏ ｏ ｌ ｔ ｒ ｒ
站立空间。图２ 为车体结构断面图。
图 ３车顶 边梁 、 梁 、 调 梁 组装 图 长 空 图４侧 墙 板 组 装 图
３
鼹 嚣
Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｎ Ｒ Ｅ Ｅ Ｈ ｏ ｏ Ｙ Ａ Ｄ ＭＡ Ｋ Ｔ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ５ ２ ０ １１ ， ．， ０１
一
般情况下 ， 车顶 边梁 和长梁型材均采用 大断 面、 稀疏 而
低， 挤压难度 增加 ； 在车体焊 接方面 ， 国内主要 采用ＭＩ 焊 ， Ｇ 且
随着铝合金板厚的降低 ， 其焊接难度 和变形是不断增 大的。同
最大宽度／ ｍｍ 高（ 轨面至车顶 ） ｍ ／ ｍ 车辆定距／ ｍ ｍ
车 门 间 距 ，ｍ ｍ
２０ ８０ ３ ８ ６７ １６ ０ ２０
ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔａ ｅｃ ｒｂ ｙｄ ｓｇ ａ ｓ ｅ ｅｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｌｖ ｎ ａ ｄ ｒ ｓ ｄ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｐ ｃｆ ａ ｏ ． ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｏ ｅ ｉｎ ｓ ｔ ｆ ｓ ｈ ｕｒ ｓ ｈ ｔ ｈ ｄ ｉｉ ｔ ｅ ｅ ｎ ｆ ｅｅ ａ ｔ ｔ ｎ ａｄ ｈ ｏｏ ｙｓ ｅ ｉ ｃ ｔ ｎ ｓ ｒ ｓ ｎ ａ ｅ ｉ ｉ