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立柱扶手桿起到維持乘客站立平衡和緩解乘客疲勞的作用，其結(jié)構(gòu)樣式體現(xiàn)車輛特色，布局和形式多種多樣。每條線路車輛的立柱扶手結(jié)構(gòu)和采用的材質(zhì)都會(huì)有所不同，在確定結(jié)構(gòu)樣式前需要對其進(jìn)行強(qiáng)度分析，以驗(yàn)證立柱扶手強(qiáng)度是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。上海軌道交通11號線車輛的側(cè)扶手采用懸臂結(jié)構(gòu)，本研究對使用鋁合金材質(zhì)的側(cè)扶手結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析。
立柱扶手多采用鋁合金管和不銹鋼管制成，其直徑一般在3238 mm之間，鋁合金管多采用陽極氧化進(jìn)行表而處理，不銹鋼管表而采用拉絲處理。上海軌道交通11號線車輛的立柱扶手采用的是直徑為38 mm，表而經(jīng)過陽極氧化的鋁合金管。為防比車輛運(yùn)行過程中產(chǎn)生的搖晃和震動(dòng)對乘客造成不便，將由于偶然原因產(chǎn)生的危害降到最低，在座椅上方、貫通道兩側(cè)、車廂兩端都設(shè)置了扶手，并對受力部位最惡劣的座椅側(cè)扶手進(jìn)行強(qiáng)度分析計(jì)算，以確保扶手滿足安全要求。
標(biāo)準(zhǔn)UIC 566《車體及車體部件的載荷》中規(guī)定“扶手縱向、水平和垂直三個(gè)方向的載荷大于750 N。分析的有限元模型如圖所示，分析模型中忽略了一些小的圓角、倒角等細(xì)節(jié)，忽略這些元素基本不會(huì)對所關(guān)心的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大影響，但是可以減小計(jì)算量。模型中部件的建立是用CATIA軟件來實(shí)現(xiàn)的，而裝配、計(jì)算及結(jié)果處理是通過ABAQUS有限元軟件來實(shí)現(xiàn)的。頂部連接座采用線性六而體單元，側(cè)扶手彎拉桿和橫拉桿采用Continue shell單元，T型接頭采用線性四而體單元。
由于地鐵車輛載客量大，扶手受力情況復(fù)雜多樣，在上海軌道交通11號線車輛設(shè)計(jì)過程中對側(cè)扶手的受力進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，計(jì)算載荷考慮4種工況：1)根據(jù)UIC 566標(biāo)準(zhǔn)要求加垂直力F，水平力和縱向力，大小均為750 N，2)在分析工況一的基礎(chǔ)上，考慮車輛沖擊振動(dòng)情況，設(shè)置工況FZ=1470 N，工況三F3=1470 N，3)考慮到車輛滿載的情況設(shè)置工況四：側(cè)扶手橫拉桿組成施加兩個(gè)900 N的豎直載荷和1300 N/m的均布載荷。
連接座與側(cè)扶手彎拉桿、側(cè)扶手彎拉桿與T型接頭、T型接頭與橫拉桿的連接部位均采用TIE約束，頂部連接座采用全約束。通過有限元分析，各零件工況一的應(yīng)力分布情況如圖所示。其中頂部連接座最大應(yīng)力分布在內(nèi)孔上邊沿處，側(cè)扶手彎拉桿最大應(yīng)力分布在與T型接頭接觸的位置，T型接頭最大應(yīng)力分布在與彎拉桿接觸的內(nèi)表而邊沿表中列出了各種工況各種部件的應(yīng)力情況，并分析計(jì)算出相應(yīng)的安全系數(shù)。
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