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不銹鋼車體具有強度一重量比高，耐腐蝕性強，安全性高，使用壽命長和維護量少的特點，因此不銹鋼車體對于列車輕量化、降低車輛和線路的維護費用有著重要意義。目前不銹鋼車體已經(jīng)在國外的城軌車輛中有了廣泛的應用。我國近年來也開始了對不銹鋼車體的研究開發(fā)。不銹鋼車輛相對傳統(tǒng)的碳鋼車輛而言，除了在材料上的區(qū)別外，還有著自身的結構特點。為確保機車車輛在工作狀態(tài)下的安全可靠，不銹鋼車體結構同樣要求具有足夠的強度和剛度，并滿足相關技術標準。而在施工設計后進行有限元分析計算可以檢驗設計的合理性和結構是否達到設計要求，并對車體結構改進提供科學依據(jù)。本文結合國內(nèi)某地鐵不銹鋼車體的結構特點，建立了車體結構的有限元模型，對其強度進行計算分析。
該地鐵不銹鋼車輛屬于B型車，包括頭車和中間車，其車體主要承載件，除頭車司機室和牽枕緩部件由鋼構件焊接而成外，其余構件均由不銹鋼SUS301和SUS304焊接而成，主要焊接形式是點焊和圓弧焊。頭車車體結構包括司機室、側墻、底架、車頂和端墻5部分；中間車車體結構不帶司機室，端墻為前后兩個，其余結構與頭車基本相同。以下分析主要結合中間車車體結構進行。不銹鋼中間車車體鋼結構采用整體承載無中梁的薄壁筒形結構。底架骨架主要由牽引梁、枕梁、緩沖梁、中部橫梁和連接板組成。為了滿足強度要求，在枕梁及枕梁以外的牽引梁處均加了補強板。為了使力傳遞到車體中部，在枕梁以內(nèi)還加了縱向加強梁。側墻骨架主要由側墻下邊梁、側墻立柱、側墻橫梁、門框、加強橫梁和連接板組成。端墻骨架主要由端立柱、端橫梁、補板和連接板組成。車頂骨架主要由車頂邊梁、車頂橫梁，平頂縱、橫梁等組成。區(qū)別于傳統(tǒng)的碳鋼車體骨架梁件之間的搭接縫焊連接，不銹鋼車體主要采用連接接頭連接。該車參考日本輕型不銹鋼車輛的骨架連接方式，通過對車體各骨架連接部位設計的歸納分析，大多數(shù)接頭采用一種基本的連接方式—立體接頭連接。
接頭中連接板1與側墻板、車窗橫梁、側立柱之間采用雙排點焊連接；連接板2與窗間橫梁、腰帶梁、側立柱腹板之間采用塞焊連接；連接板3與車頂邊梁塞焊連接、與側墻上方小立柱蓋板雙排點焊連接。這樣既可以保證接頭的強度，又可以減少側墻車窗橫梁、腰帶梁和側立柱蓋板、腹板和翼板的焊接變形，保證車體外觀的平整度。不銹鋼車體結構中底架橫梁和底架邊梁之間，車頂彎梁與車頂上邊梁之間，端墻立柱與端墻橫梁之間等都采用這種立體接頭的連接方式，只是連接板的結構稍有不同。
在側墻、車頂和端墻骨架外面，底架骨架上面分別點焊有側墻板、端墻板、車頂板和波紋地板。值得注意的是，為了增加側墻板和端墻板碳鋼車中稱為蒙皮的剛度，減少局部振動，在側墻板和端墻板的縱、橫梁之間增加有加強橫梁如圖所示，但這些加強橫梁與側墻或端墻的縱橫梁并不焊接，而是直接與側墻板或端墻板點焊連接。
在分析了不銹鋼車體的結構特點的基礎上，結合材料的力學性能，采用有限元軟件ANSYS建立車體的有限元模型。由于不銹鋼車的零部件基本是薄壁構件，所以車體結構全部采用殼單元shell63模擬；底架設備和空調(diào)、門窗以質(zhì)量單元mass21的形式施加在各自的位置上；二系懸掛采用彈簧單元combin進行模擬；內(nèi)裝、管線等垂直荷載以均布荷載施加在地板上。
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