铝合金鼓形车体结构设计与计算分析

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铝合金车体大型部件变形分析及加工方案研究

铝合金车体大型部件变形分析及加工方案研究摘要:在轨道交通行业中铝合金车体大部件加工过程中，变形缺陷对其会产生较大影响。

本文主要对铝合金车体部件结构、变形类别、形成原因进行了分析，并分析产生的型材变形、焊接变形、工艺变形等缺陷类别，同时提出变形产生的原因以及对应的解决措施，并针对解决措施进行了详细的分析和验证。

关键词:铝合金车体；大型部件；变形缺陷；加工方案一、铝合金车体的基本结构及特性铝合金由于自身刚度较小的材料特性，且部分车体大型部件在加工前还需经过组焊、预置挠度等工艺过程，会导致待加工部件在加工前就已经产生了较大的变形量，这一特点需要在加工工艺策划过程中重点考虑。

铝合金车体主要由底架组成、侧墙组成、端墙组成、车顶边梁、车顶板等结构及小部件组成。

上述各大型部件基本是使用大型数控铣床对组焊后的铝型材进行加工而成。

二、部件变形的类别及其成因2.1 型材变形铝合金型材在挤压成型的过程中会产生缺陷，对车体加工的影响较大，尤其尺寸超差、型材的扭曲变形，端面不均匀等问题都是影响加工的主要因素。

在工艺流程的策划过程中需要考虑各部件的平面度、直线度及轮廓度等参数标准。

2.2 焊接变形对于轨道交通车辆来说，车体上相关部件如：地板、侧墙、底架、端墙、车顶板等大型部件在进行加工之前需通过焊接将若干块小型材组焊成一个大的构件，而在焊接过程中会产生焊接变形，特别是在长度较长、平面较大、或是采用搅拌摩擦焊的部件上表现尤为明显[1-2]。

工件在焊缝附近会产生沿焊缝垂直方向上的收缩变形，进而使焊缝两侧的型材出现翘曲，最终导致部件直线度和平面度出现偏差。

2.3 工艺变形在轨道车辆铝合金车体的制造与使用过程中，多种因素可能会导致车体产生向下的挠度，例如车体自重和载重，运行过程中的垂向振动等。

为补偿这个向下的挠度，一般都会在制造过程中增加向上的预置挠度，其中侧墙和底架是需要预置挠度的核心部件[3-4]。

但预置挠度会对加工造成一定的影响，因此，在进行加工工艺策划时需要采取相应的措施来降低其对加工精度的影响。

基于轻量化与模块化的铝合金车体结构设计_1

基于轻量化与模块化的铝合金车体结构设计发布时间：2021-09-13T00:51:03.184Z 来源：《基层建设》2021年第17期作者：吴迪[导读] 摘要：城市交通运输中，对车体的刚度有着很高的要求，现阶段车体材料采用铝合金，这样不仅能保障车辆的强度，也符合轻量化设计的要求。

中车唐山机车车辆有限公司河北省唐山市 063011摘要：城市交通运输中，对车体的刚度有着很高的要求，现阶段车体材料采用铝合金，这样不仅能保障车辆的强度，也符合轻量化设计的要求。

鉴于此，文章重点基于轻量化与模块化的铝合金车体结构设计进行研究分析，以供业内人士参考和借鉴。

关键词：轻量化；模块化；铝合金；车体结构设计引言近年来我国的城市轨道交通工程建设，进入了一个快速发展的时期，市场对城市轨道交通车辆的需求越来越大。

随着国内铝合金的冶炼工业快速发展，铝合金逐渐进入城市轨道车辆领域。

本次设计运用轻量化模块化设计思想，使用整体承载大型中空截面铝合金挤压型材全焊接结构，完成某型铝合金城市轨道交通车辆车体，有效减少了零部件数量和焊接工作量，车辆减重明显，有效的降低了后期运行能耗和维护成本。

1城市轨道交通运输特点最近几年各个城市全力建设城市公共交通系统，增加公交系统在城市交通出行中所占的比重。

但是传统公共汽车需要在地面与私人汽车、出租车、货运车辆混合运行，平均运行速度只有10km／h～15km／h，这远远无法满足人们的出行要求。

参考西方发达国家城市交通发展的历程，快速轨道交通系统是目前解决城市交通拥堵最为有效的方法，因此国内各城市相继投资建设以快速轨道交通为主体的多层次、立体化的城市交通网络。

城市快速轨道交通与传统公交系统相比具有以下特点：第一，车辆运营使用多辆编组，运能高；第二，线路情况与控制系统良好，车辆运行速度快；第三，采用电力牵引，无尾气排放，对环境影响较小；第四，线路可使用隧道和桥梁等方式，占用地面空间小；第五，采用全封闭的独立路权，有较高安全性和可靠性；第六，车辆运行安静平稳，候车与乘车环境舒适。

地铁铝合金车体轻量化设计与结构设计

地铁铝合金车体轻量化设计与结构设计摘要：铝及铝合金因其低密度、强度高、塑性好、易成形和良好的导电、导热性及耐蚀性等特点,逐渐成为近年来工业生产中使用最多的结构材料之一,其中,以牌号为6082-T6,6005A-T6为代表的6XXX系列(Al-Mg-Si)铝合金,其热挤压性能、焊接性能及强度介于7XXX系列铝合金和5XXX系列铝合金之间,焊接性能和机加工工艺良好,且具有较高的强度和耐腐蚀性能,成为轨道车体首选的铝合金原材料。

轨道车辆用铝合金多采用大型中空铝合金薄壁挤压型材及不同厚度的铝合金板材的形式,同时,对比其他焊接材料,铝合金热膨胀系数较大,所以,在焊接过程中,随着快速加热和快速冷却而带来的膨胀和收缩发生时,必然出现不同形式的变形。

铝合金地铁车体主要由底架、侧墙、车顶、端墙、司机室骨架等几大部分组成,其中,底架又由地板、牵枕缓、边梁、端梁、连接板等几部分焊接而成,地板由数根长大铝合金地板型材拼焊而成,前端地板组成则位于地铁车辆车体底架的一端,司机室骨架的下部.基于此，本篇文章对地铁铝合金车体轻量化设计与结构设计进行研究，以供参考。

关键词：地铁；铝合金车体；轻量化设计；结构设计引言轨道交通车辆是轨道交通要件之一。

随着我国城市的增质提速发展，轨道交通需求和速度的增加，带动轨道交通车辆需求增加。

轨道交通速度的提高和对车辆的需求增加也带来一些问题，比如节能减排和绿色发展。

铝合金属于Al-Zn-Mg系可热处理强化的中高强铝合金，具有很好的塑性成形性能和热处理性能，可以挤压成各种复杂的大型薄壁空心型材，用在轨道交通车辆和汽车车架上，可以大幅度减轻车辆本身的重量，减少二氧化碳的排放，提高交通速度，符合绿色低碳的发展需求，可以获得较好的经济效益和社会效益。

由于传统加工方法生产的铝合金不能很好地满足轨道交通车辆用铝合金的强度、刚度和耐蚀性的要求，所以对提升铝合金力学性能展开研究。

由于晶粒细化可以改善铝合金的塑性变形能力，因而研究铝合金的晶粒细化方法具有重要的理论和应用意义，作为晶粒细化方法之一的等径角挤压技术（简称ECAP）得到了越来越多的关注。

铝合金车体的有限元分析和结构评估方法研究

［摘要］为探究新型轻质铝合金车身的设计方法，本文中以铝合金下车体为例，重点探讨铝合金车体的有限元分析方法和结构的整体评估方法。首先采用ｓｈｅｌｌ单元模拟铝合金焊缝，建立车体的有限元模型，并对其基础性能进行仿真，其结果与弯扭刚度和模态实验的对比，弯曲刚度、扭转刚度、１阶弯曲模态和１阶扭转模态的误差分别为－２４５％，－３５９％，－３４３％和－２７３％，验证了铝合金车体有限元模型的正确性。然后为评估车体的传力性能，引入广义结构刚度的概念，通过对车体传力路径的识别，确定车体结构中的薄弱区域，并进行结构改进。改进后，在质量稍有增加（０１９ｋｇ）的情况下，车体的弯曲刚度、扭转刚度、１阶弯曲模态和１阶扭转模态分别提升了５５９％，１９９％，２４２％和０６５％，表明了基于广义结构刚度的车体整体结构评估方法的有效性。
２０１９年（第４１卷）第６期ｄｏｉ：１０．１９５６２／ｊ．ｃｈｉｎａｓａｅ．ｑｃｇｃ．２０１９．０６．００１
汽车工程Ａｕｔｏｍห้องสมุดไป่ตู้ｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２０１９（Ｖｏｌ．４１）Ｎｏ．６
铝合金车体的有限元分析和结构评估方法研究
王万林，徐从昌，王震虎，王哲阳，李落星
（１湖南大学，汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙４１００８２；２湖南大学机械与运载工程学院，长沙４１００８２）
关键词：铝合金车体；有限元分析；广义结构刚度；结构评估方法；轻量化
ＡＳｔｕｄｙｏｎＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｆｏｒＡｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙＶｅｈｉｃｌｅＢｏｄｙ
ＷａｎｇＷａｎｌｉｎ，ＸｕＣｏｎｇｃｈａｎｇ，ＷａｎｇＺｈｅｎｈｕ，ＷａｎｇＺｈｅｙａｎｇ＆ＬｉＬｕｏｘｉｎｇ

地铁铝合金车体的结构设计和强度分析

地铁铝合金车体的结构设计和强度分析发布时间：2021-09-11T04:58:18.004Z 来源：《基层建设》2021年第17期作者：李思[导读] 摘要：随着我国经济的快速发展，我国目前正处在城市化的高速推进阶段，给现有的城市交通基础设施造成了巨大挑战，此外城市建设规模也日趋增大，在大环境的影响下，城市轨道交通建设成为我国的首选。

中车唐山机车车辆有限公司河北省唐山市 063011摘要：随着我国经济的快速发展，我国目前正处在城市化的高速推进阶段，给现有的城市交通基础设施造成了巨大挑战，此外城市建设规模也日趋增大，在大环境的影响下，城市轨道交通建设成为我国的首选。

地铁是城市轨道交通中非常重要的组成部分，地铁具有安全、准点、快捷、舒适、环保的特点，它庞大的运量具有地面任何交通工具都不可比拟的优越性。

随着地铁的广泛应用，对其结构及轻量化的要求也越来越高，因此对车体进行仿真分析以及优化设计十分必要。

鉴于此，文章重点就地铁铝合金车体的结构设计和强度分析进行研究分析，以供参考。

关键词：地铁车辆；铝合金车体；结构设计；强度分析引言铝合金材料以其重量轻、耐腐蚀性好和易于采用挤压方法成型等优点成为铁路机车车辆制造业中的理想材料。

为确保机车车辆在工作状态下安全可靠，铝合金车体结构同样要求具有足够的强度和刚度，并满足相关技术标准。

目前机车车辆车体结构的强度计算分析主要采用有限元法，在施工设计后进行有限元计算可以检验设计的合理性和结构是否达到设计要求，并对车体结构改进提供科学依据。

1铝合金地铁的优势以及发展概况以车体的材料为标准来进行分类，其主要分为碳钢车体、铝合金车体以及不锈钢车体三种。

铝合金车体和不锈钢车体属于轻量化车体，相对于这两种车体来说，碳钢车体在生产成本以及加工制造方面花销要明显地更小，然而随着社会发展，人们更加关注车体轻量化、节能减排和可持续发展思想等，地铁车辆采用应用碳钢车体的比例大幅度降低，已经不适合现在发展的步伐，逐渐的被社会所淘汰，现在越来越多的地铁车体都是铝合金车体和不锈钢车体。

全焊接A型地铁车辆铝合金鼓形车体制造工艺

Ｏ引言
国内既有Ａ型地铁车辆车体外形有Ｖ型和鼓形两种，中鼓形车体全部采用铆接结构。２０其０７年５月，南车株洲电力机车有限公司中标深圳地铁一号线续建工程２６列车项目，为了提高车辆的整体承载能力，国内首在次设计采用了全焊接铝合金鼓形车体，这样就给车体制造工艺提出了很高要求。
反装是以侧墙单元外侧作为定位基准，采用机械压紧方
式，确保门立柱与侧墙板外侧与工装贴紧，以获得理想的鼓形外侧成形。通过采用整体鼓形侧墙单元检测工装检测，形侧墙单元的整体变形量控制在设计范围之内。鼓
３１底架对车体轮廓度的影响．３．
２铝合金鼓形车体制造工艺难点
维普资讯
第３卷第３期１２０年５月２日０８０
电力机车与城轨车辆
ＥｌｃｒｃｅｔｉＬｏｏｃｍｏｔｅ＆ＭａｓｒｎｉＶｅｃｅｓｉｓｖｓＴａｓｔｈｉｌ
Ｖｏ．Ｎｏ１３１．３Ｍａｔ２０ｙ２０ｈ，０８
鼓形车体制造主要存在如下难点：１控制铝合金车体的焊接变形，）保证车体的轮廓度符合设计要求。车体的轮廓度控制是限界的需要，也直接关系到车门的安装及调试。另外，侧墙在窗口区的平面度
直接关系到窗户的安装以及车窗粘接的美观性。
底架的宽度和底架边梁的直线度对车体的轮廓度有着较大的影响。由于侧墙与底架边梁是插接结构，底架边梁的直线度直接影响着侧墙的装配。底架的宽度虽然有
枕梁和缓冲梁三大梁组成。底架焊接完成后，采用整体加

A型地铁铝合金车体结构设计

A型地铁铝合金车体结构设计【摘要】车体是车辆结构的主体，车体强度、刚度关系到车辆运行的可靠性和安全性。

合理选择车体的材料和车体结构是保证地铁“安全、可靠、快速、轻量、经济、适用”运营的重要因素之一。

【关键词】材料；参数；车体结构1.A型地铁铝合金车体材料选择车体承载结构主要采用铝合金大型中空挤压型材6005A-T6、7005-T6、6063-T5及板材5083-H111、6082-T6系列，铝合金大型中空挤压型材耐腐蚀性高、易于焊接、密度小，同时还有抗拉强度高、屈服强度高的优点，因此在国外A型地铁车辆中被广泛应用。

A型地铁所使用的铝合金的强度数据，满足欧洲标准EN755-2及德国标准DIN 1748要求，热处理满足DIN EN515或相应的欧洲或国际标准的规定。

2.主要技术参数所设计的车体为采用大型中空铝合金挤压型材A型地铁鼓形车体；头车车体的主要技术参数如下：1）车辆长度：23619mm；2）车辆定距：15700mm；3）车辆宽度：3000mm；4）车辆高度：3760mm；5）车钩中心线至轨面的高度：720mm。

中间车车体的主要技术参数如下：1）车辆长度：21885mm；2）车辆定距：15700mm；3）车辆宽度：3000mm；4）车辆高度：3760mm；5）车钩中心线至轨面的高度：720mm。

3.A型地铁铝合金车体承载形式3.1 车体总成如图1、2所示，车体外形为鼓型，这样能很好的降低空气阻力，减少能源的消耗。

车体采用通长大断面铝合金中空挤压型材全焊接或部分铆接结构，由底架、车顶、侧墙、端墙、司机室等部分组成，底架、侧墙、端墙及车顶均承受载荷，能够承受垂直、纵向、横向、扭转等载荷。

车体由纵向长尺寸的挤压铝合金型材制造，不需要对接。

车体结构基本要求是进行轻量化设计，整体承载结构，底架无中梁。

司机室为框架结构，外部由玻璃钢罩板包裹，前端的玻璃钢罩板符合空气动力学要求。

司机室端部结构设计能满足意外撞车时的能量吸收。

地铁铝合金车体轻量化设计与结构设计王鸿越

地铁铝合金车体轻量化设计与结构设计王鸿越发布时间：2021-09-26T08:02:19.696Z 来源：《中国科技人才》2021年第19期作者：王鸿越马维国段鹏飞蒋吉利吕起越[导读] 随着我们国家的轨道交通行业不断发展与壮大，特别是在城市的建设过程中，地铁已经成为主要的建设项目之一。

中车长春轨道客车股份有限公司 130062摘要：随着我们国家的轨道交通行业不断发展与壮大，特别是在城市的建设过程中，地铁已经成为主要的建设项目之一。

地铁在出行中占比较高，作为常用的交通工具，地铁的安全性能也受到大众的重点关注。

目前地铁已经大量采用铝合金式的合金材料，确实能够减轻车体的重量，从优化设计和结构设计的角度进行地铁生产的考虑。

本文主要针对铝合金车体轻量化设计和结构设计这样的角度进行讨论与分析。

关键词：地铁；铝合金车体；轻量化设计；结构设计引言：在地铁的日常运营过程中，地铁的安全性能是运营的首要关注问题，保障乘客的生命财产安全，也是地铁工作人员的首要责任。

对于地铁出现安全事故，特别是出现碰撞事故的时候，会第一时间产生较大的应力冲击，因此地铁的车体刚度与强度要有较高的要求。

现阶段车体采用的铝合金材质，能够保障车辆的强度，也符合轻量化的设计要求与标准。

本文就此进行分析与讨论。

一、地铁铝合金车辆轻量化设计铝合金这样的材质不仅具有强度较高，还具有质量较轻的综合优点，在地铁行业中应用范围比较广泛。

铝合金材质在运用工业制造方面，主要体现在强度等级上，能在地铁制造生产的过程中，减轻地铁的重量。

通常情况下，为了保障地铁材质的弯曲强度，铝合金车体的选取断面系数是钢体的三倍之高。

铝合金和钢结构存在本质的区别，在使用车体设计中也需要经过严密的计算，在车体的焊接和连接施工作业的时候，复杂程度相对较高，因此铝合金的车体生产过程中，尽可能减少焊接或者是螺栓连接方面的使用。

一般情况来说，传统的地铁车辆设计采用的是钢结构的板梁式结构设计，这样的设计方式相对落后，而且大量的零件都由焊接而成，导致在设备需求量不断增加的时候，生产难度较高。

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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
ｄｉ０３６￣ｉｎ１０－５４２１．５０ｏ：．９．ｓ．６８５．００．１１９ｓ０００
ＫｅｒｓｍｅｒｅｉｌｄｕＣｏｙＦＭ；ｌｍｉｕｙｗｏｄ：ｔｖｈｃｅ；ｒｍａｂｏｒｄ；ＥＡｕｎｍ
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５００７期２１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０１０１
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／ｍｍ１３０９Ｏ
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２ｍ，随着截面增大和内部筋板厚度的降ａｒ
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
４５４０
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
３１
３６２
设计时速／ｍｈｌ／（
９０
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
ＤｅｉｎａｄＳｍｕａｉｎＡｎｌｓｓｏｕｉｕｄｕｒＢｏｙＳｒｃｕｅｓｇｎｉｌｔｏａｙｅｆＡｌｍｎｍｒｍＣａｄｔｕｔｒ
ＷＡＮＧＫａ，ＵＹｏｇｚａｇＹＵＥＹｉｘｎｉＳｎ－ｈｎ，－ｉ
ＡｂｔａｔＴｉａｅｒｓｎｓａｃｎｑｅｏｇｔｅｇｔｎａｌｍｉｕｄｕｃｒｏｙｓｕｔｒｆｐ．ｃｒｉｇｔｓｒｃ：ｈｓｐｐｒｐｅｅｔｎｔｈｉｕｆｌｈｉｈｎａｕｎｍｒｍａｄｔｃｕｅｏｔｅＡｃｏｄｎｅｉｗｏｂｒＢｙｏｓｍｅｒｌｔｎｌｒｅｏｓｉｓｔｐＦＭｄｅｆｈａｏｙｏａｉｕａｓｔｎｙｅｉｔｓ，ｔａｎａｄｍｏｅｆｑｅｃ．ｈｏａｏａｉｒｎ，ｔｅｓｕＥｍｏｌｅＣｒｄｎｖｒｏｓｌｄａａｚｓｓｅｓｓｒｉｎｄｅｕｎｙＴｅｅｉｃｔｉｏｔｂｏｏｌｔｒｒ
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
ＴＣＮＬＧＮＲＥＥＨｏｏＹＡＤＭＡＫＴ
Ｖｏ．７Ｎｏ５２０１１，．，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／ｍｍ
车门间距，ｍｍ
２０８０３８６７１６０２０
ｒｓｌｈｗｔａｅｃｒｂｙｄｓｇａｓｅｅｒｑｉｍｅｔｏｌｖｎａｄｒｓｄｔｃｎｌｇｐｃｆａｏ．ｅｕｔｓｏｔａｏｅｉｎｓｔｆｓｈｕｒｓｈｔｈｄｉｉｔｅｅｎｆｅｅａｔｔｎａｄｈｏｏｙｓｅｉｃｔｎｓｒｓｎａｅｉｉ