城市軌道車輛前窗粘接強(qiáng)度校核分析

房海濤

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程速度在不斷加快，與此同時(shí)，城市軌道交通得到了全面的發(fā)展。對(duì)于城市軌道車輛而言，通過(guò)膠粘劑，前窗進(jìn)一步固定在車體之上，為了更好的保證城市軌道交通車輛運(yùn)行的可靠性，就要開展城市軌道交通車輛前窗粘接強(qiáng)度校核分析，確保滿足實(shí)際的行車安全需求。

關(guān)鍵詞：城市軌道;車輛黏接強(qiáng)度;校核分析

前言：一些大中型城市在發(fā)展過(guò)程中，會(huì)將其作為首選的通行工具，使城市壓力得到有效緩解。在城市軌道車輛中，司機(jī)室前窗作為車輛非常重要的組成內(nèi)容，其粘接結(jié)構(gòu)的可靠性與車輛行車的安全性有著直接的影響。對(duì)比常規(guī)車輛運(yùn)行，城市軌道車輛的受力相對(duì)復(fù)雜，因此，對(duì)于前窗粘接強(qiáng)度而言，其必須要充分滿足實(shí)際的涉及要求，同時(shí)，還要確保有一定的安全冗余。

1、前窗結(jié)構(gòu)及安裝方式

對(duì)于前窗玻璃而言，其屬于三層夾膠結(jié)構(gòu)，以司機(jī)室前窗弧度制造為依據(jù)，最外層為單層鋼化玻璃，其中，內(nèi)層也為單層鋼化玻璃，最中間的一層為PVB膠膜。在安裝前窗玻璃的過(guò)程中，會(huì)將結(jié)構(gòu)膠粘劑應(yīng)用進(jìn)來(lái)，并且將其直接粘接在車體司機(jī)室的玻璃框架之上。

2、建立有限元分析模型

在開展彈性膠粘劑強(qiáng)度校核的過(guò)程中，最需要關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，就是彈性膠粘劑的實(shí)際變形量。而采取以往的公式計(jì)算方式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效表達(dá)，在本文中，選用有限元計(jì)算方法，詳細(xì)計(jì)算在各種工況下，彈性膠的實(shí)際受力狀態(tài)和變形能力。

2.1、有限元模型的建立

如圖1所示，為定義全局坐標(biāo)系，從整個(gè)坐標(biāo)系來(lái)看，其完全滿足右手法則。對(duì)于X軸而言，其恰好處于水平面之內(nèi)，并且與運(yùn)動(dòng)方向完全相同;對(duì)于Y軸而言，其也完全處于水平面之內(nèi)，與車輛縱軸保持垂直狀態(tài);對(duì)于Z軸，其處于豎直平面之內(nèi)，與車輛縱軸保持垂直窗臺(tái)，且正方向向上。

在hypermesh中，將部分車體有限元模型建立進(jìn)來(lái)，其中不但有車體，還有前窗和粘接膠。為了使工作總量進(jìn)一步減少，將包含司機(jī)室車頭部分的車體結(jié)構(gòu)選用進(jìn)來(lái)，進(jìn)行有限元模型的建立。其中，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為425363，整體單元總數(shù)為442575。

2.2、材料屬性定義

對(duì)于城市軌道車輛而言，其前窗玻璃都會(huì)選用鋼化玻璃，同時(shí)，對(duì)于車體安裝面而言，其實(shí)際的材質(zhì)也多為聚酯玻璃鋼，整個(gè)車體車身結(jié)構(gòu)，會(huì)選用鋁合金材質(zhì)，同時(shí)，將聚氨酯膠粘劑SIKA268選用進(jìn)來(lái)，將其作為重要的粘接結(jié)構(gòu)膠。

2.3、荷載工況確定

2.3.1、環(huán)境因素

以合同要求為基準(zhǔn)，實(shí)際的車輛需要完全滿足零下三十五攝氏度到四十?dāng)z氏度的外在環(huán)境要求，同時(shí)，實(shí)際的海拔高度也要完全低于1500m運(yùn)行環(huán)境，既可以達(dá)到承受雨雪的環(huán)境要求，又要滿足承受偶有沙塵暴和煤塵等環(huán)境要求，軌道車輛在營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，應(yīng)保持持續(xù)運(yùn)行速度在80km/h左右，同時(shí)，最高運(yùn)營(yíng)速度可達(dá)到140km/h。

2.3.2、荷載分析

以BS EN12663-1-《鐵路應(yīng)用-鐵路車輛車體的結(jié)構(gòu)要求》為依據(jù)，要保證前窗玻璃，完全處于機(jī)車的端部位置，因此，機(jī)車在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，其會(huì)受到縱向的動(dòng)載荷為3g，同時(shí)，橫向動(dòng)載荷為1g，垂向動(dòng)載荷為3g。

2.4、仿真計(jì)算結(jié)果

以實(shí)際的工況為依據(jù)，將有限元計(jì)算軟件ANSYS應(yīng)用進(jìn)來(lái)，對(duì)LC1～LC8工況下前窗的粘接強(qiáng)度進(jìn)行分別計(jì)算。以荷載工況和具體結(jié)算結(jié)果為基礎(chǔ)，可以進(jìn)一步知曉：對(duì)于整個(gè)粘接結(jié)構(gòu)而言，影響最大的就是氣動(dòng)載荷，其中，對(duì)于LC7和LC8工況而言，其屬于前窗玻璃粘接受力最為惡劣的工況。

3、膠粘劑的強(qiáng)度校核

以標(biāo)準(zhǔn)DVS1618為依據(jù)，對(duì)膠粘劑的許用應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。具體計(jì)算公式如下：

在該式中，σch代表的含義，就是藍(lán)神剪切應(yīng)力，其值為1.3MPa;f T對(duì)于而言，其實(shí)際代表的含義，就是溫度影響因素，取值為0.7;對(duì)于f M而言，其本身屬于一種環(huán)境影響因子，取值為0.72;對(duì)于f L其實(shí)際代表的含義，就是靜載影響因子，取值為1;f D取值也為1，其屬于動(dòng)載影響因子;對(duì)于f G，其屬于非常重要的集合影響因子，取值為0.9;還有一個(gè)最為不可或缺的，就是S，其作為安全系數(shù)，取值為2。

根據(jù)該公式，可以將實(shí)際應(yīng)用的聚氨酯膠粘劑的許用應(yīng)力計(jì)算出來(lái)，計(jì)算得到的結(jié)果為0.3MPa。通過(guò)相應(yīng)的仿真計(jì)算記過(guò)，獲取到的值為0.08MPa，實(shí)際的安全系數(shù)為3.75，根據(jù)這些計(jì)算數(shù)值，可以發(fā)現(xiàn)，完全滿足實(shí)際的聚氨酯膠粘劑的相應(yīng)強(qiáng)度要求。

對(duì)于膠粘劑變形量而言，通過(guò)相應(yīng)的仿真計(jì)算，可以得到結(jié)果為0.15mm，對(duì)比安裝面膠粘劑5mm厚度，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該值，與此同時(shí)，33.3為安全系數(shù)，可以完全的達(dá)到聚氨酯膠粘劑實(shí)際變形量的要求和目標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)：總而言之，本篇文章對(duì)城市軌道車輛前窗粘接強(qiáng)度校核進(jìn)行了深入的分析和探討?？梢詮V泛應(yīng)用在城市軌道交通車輛的前窗粘接結(jié)構(gòu)之中，保障城市軌道交通車輛的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，促進(jìn)城市持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]周振邦，王躍，張志學(xué)，劉華東，彭赟，吳奕.非接觸供電城市軌道交通車輛多路DC/DC變換器跨車并聯(lián)控制策略[J/OL].控制與信息技術(shù)：1-7[2021-06-22].https：//doi.org/10.13889/j.issn.2096-5427.2021.03.200.

[2]高明亮，高珊，于闖，石海明，劉德權(quán)，邵俊捷，賈顏菽，唐玉清，莫柳松.融合RCM、PHM和數(shù)據(jù)挖掘的城市軌道交通車輛維護(hù)決策技術(shù)研究[J].城市軌道交通研究，2021，24（02）：64-68.

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