高速不锈钢车体结构设计

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1、万方数据第5卷第1期2008年2月铁道科学与工程学报JoURNALOFRA¨M『AYscIENCEANDENGINEERINGVoI．5No．1Feb．2008高速不锈钢车体结构设计姚曙光，田红旗(中南大学轨道交通安全教育部重点实验室，湖南长沙410cr75)摘要：基于不锈钢材料强度高、无涂装、免维修、耐腐蚀能力强及使用寿命长，但只适宜采用点焊工艺的特点，研究了高速不锈钢车体结构设计的关键问题是骨架连接接头的设计和侧墙外板的优化。参考日本轻型不锈钢车辆的技术设计了高速不锈钢车体结构，车体骨架的连接采用通用型连接接头

2、，侧墙外板采用双薄板，并对其进行结构静力和模态分析。关键词：轨道车辆；不锈钢；点焊；连接接头；双薄板中图分类号：U271．91文献标识码：A文章编号：1672—7029(2008)01一(I)72—04Structuredesignofhigh-·speedstainlesssteelpassengercarYAOShu—gnang，TIANHong—qi(KeyLaboratoryforTrackTrafficSafetyofMinistry0fEducation。CentralSouthUniversity，0

3、l∞咖410075，China)Abstract：Thekeyproblemsofthehigh一唰stainlesssteelpassengercarstructurewerethedesignoffraBleworkjunctionandtheoptimaldesign。ofsidewallplatebecauseofthestainlesssteelsadvantagesofhi加strength，smear—free，maintenancefree，strongcausticresistanceandusi

4、nglifelong，usingspotweldtechnology．Thehigh一删stainlesssteelpassengercarWaSstudiedreferringtoJapan’svehicletechniques．Thetypicaljointjunctionwasadopt—edtodesigncal"frameworkjointanddoublesheetplatetechnologyforsidewall．Furthermorethecal"’sstaticstructureandmodal

5、analysiswerecarriedout．Keywords：railwayvehicles；stainlesssteel；spot—weld；three—dimensionaljunction；doublesheetplate13本曾对普通钢、铝合金和不锈钢客车车体结构的生产和20年的维护成本进行过比较，就初始投资(包括原材料、焊材、喷漆、加工操作等费用)而言，铝合金车体最高，就其使用20年的维护成本而言，其寿命周期成本是：普通钢车体是不锈钢车体的1．．75倍，铝合金车体是不锈钢车体的1．69倍。因此，不锈钢车

6、体的总成本是最低的，而且不锈钢的机械性能、疲劳强度、耐腐蚀性能均大大高于低合金碳钢，在满足车体强度、刚度的要求下板厚可以大大减少，如梁、柱等主要骨架的壁厚由普通碳素钢的3．0—6．0mnl减薄到1．0一1．5mnl，故一般不锈钢车体自重为10t左右；而且不锈钢有良好的抗冲击性能和抗升温能力，可提高车体的安全性，因此，不锈钢已经广泛用于轨道车辆的制造【1-3J。l高速不锈钢车体结构涉及的主要问题不锈钢车体仍然可以采用与低合金高强度钢车体一样的梁骨架敷以薄板的结构形式，即板、梁组合的筒形整体承载结构，但不能简单地按传统

7、钢结构通过减小材料厚度的方式进行结构设计。尽管不锈钢材的屈服强度、断裂强度优于低合金钢，可能不会出现强度超限问题，但板厚的减薄，刚度就有可能不满足要求。另外，不锈钢车体结构的组焊不宜采用电弧焊HJ，其焊接变形大，不易控制。现在使用的奥氏体不锈钢当温度达到600oC时，奥收稿日期：2007一lO一26基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(2002J019)作者简介：姚曙光(1970一)，女，湖南邵阳人，讲师。博士研究生，从事车辆结构研究万方数据繁1期姚曙光，等：高速不锈钢车体续橡设计73氏体组织会发生变化，钢中铬的碳

8、化合物会沿晶界析如，使晶界附近的含铬量降低瓣发生晶界腐蚀，导致钢材的弱服强度、断裂强度急测下降，敬尽可能不用电弧焊，而用电阻焊，即利用具有在二电极闻通有电流和压力，能焊数层钢板的点焊设备进行焊接，显热影嚷夺。对结构上难以处理酶地方，采用塞焊或环形焊，以考虑降低热影响。由于点焊接头的强度低，接头部位强度难以保证满足要求，故不锈钢车体缡椅中骨架连接部位最好采用搭