陈敏 党春梅
中国中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001
摘要：预测ATC天线支架的结构刚度和精度具有重要意义，ATC天线支架结构由钢板焊接而成，结构较为复杂。本文分析了ATC天线支架的结构，模拟正常运营载荷工况及超载荷运营工况，通过hepermesh进行前处理，采用GOODMAN及ANSYS进行静强度及疲劳强度仿真计算及分析。根据计算和试验结果，ATC天线支架试验测得垂向、横向、纵向振动加速度小于设计标准垂向20g、横向15g、纵向15g，最大动应力远小于ATC天线材料16MnDR屈服强度355（MPa）。ATC天线支架满足静强度和疲劳强度要求。
关键词：城轨车辆；ATC天线支架；强度仿真计算
引言：ATC天线支架结构由钢板焊接而成，结构较为复杂，且承受传递载荷，对刚度和制造精度具有很高的要求。为保证加工精度和提高焊接质量，提前预测在生产制造过程中具有重要的意义。本文研究ATC天线支架结构强度的关键问题。在不简化模型结构的基础上，通过使用软件对所设计的ATC天线支架结构强度进行模拟仿真计算，结合车辆现场运营情况进行现场实物验证及跟踪。结果表明，所设计的ATC天线支架结构强度仿真计算和所跟踪的实物验证结果相符。ATC天线支架结构的设计满足静强度和疲劳强度的要求。
1 ATC天线支架结构
ATC支架安装板采用压型结构，尽量减少焊接； ATC天线支架，由左右座板 (12mm16MnDR)、支撑管（70×5无缝管20）和安装座（8mm16MnDR）形成组焊，通过螺栓联接支架组焊、垫片（2铝板EN AW 5754-H22）和过渡板（10mm16MnDR）而构成。该ATC天线的重约为5kg，材料参数如下表：
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现场加速度测试结果：ATC垂向加速度最大值17.94g、横向加速度最大值12.95g、纵向加速度最大值12.37g，分别选取超常载荷及纵向、横向、垂向模拟运营载荷。
超常载荷选取如下：纵向 Fx=+15mg；横向 Fy＝+15mg ；垂向 Fz=（-1+20）mg
模拟运营载荷为： 纵向 Fx=+6mg 、横向 Fy=+5mg、垂向 Fz =（-1+7）mg；该值大于标准规定的加速度（Fx =+2.5mg，横向 Fy =+5mg ，Fz =+6mg）。
设定模拟运营载荷工况1～8见表2，分别模拟运营横向载荷、纵向载荷、垂向载荷工况。在计算ATC天线支架超常工况时，对试验数据进行适当的提高，以满足更加恶劣工况。具体模拟运营和超常工况的组合如下（注g=9.82N/kg）：
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（2）静强度及疲劳强度评定标准
静强度评定：对于工况9到工况16，各点应力均不得大于材料的屈服强度极限。
疲劳强度评定：采用最大主应力原则，通过goodman图进行校核。取工况1～8下的第一主应力的最大值、第三主应力的最小、最大等效应力所在区域，用所有工况全应力，对绝对值最大的主应力进行投影，取投影后与最大主导应力差值最大的应力为另一主导应力，主导应力大值为，小值为，平均应力及应力幅值为：
（3）静强度计算结果
ATC支架在超常工况应力云图见图2-1~2-8
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（4） 疲劳强度计算结果
对比各模型工况1～8，选取支架上应力较大的代表性的节点，计算出这些节点在8个工况下最大及最小主应力值。将各节点平均应力及最大最小主应力值点入Goodman曲线进行疲劳强度评估，天线支架各节点疲劳强度评定结果见下图3。
图3所示全部点都落在Goodman母材疲劳极限曲线内，所以，支架满足疲劳强度要求。
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图3 ATC天线支座goodman图校核
3试验及结果分析
在实际运营的车辆上，对ATC安装支架进行现场试验，设置试验装置及传感器探头，搜集车辆运行中ATC安装支架的实际情况，对ATC天线支架和支座进行了动应力和振动加速度测试，具体试验结果如下表5
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ATC天线支架动应力为：最大主应力7.838（MPa）, 在ATC支架左下侧位置,其它测点位置动应力都小于1（MPa）。全部都在Goodman图内，且有足够的余量。
4 结论
根据ATC天线支架结构静强度及疲劳强度计算和试验结果，ATC天线支架试验测得垂向、横向、纵向振动加速度小于设计标准垂向20g、横向15g、纵向15g，最大动应力远小于ATC天线材料16MnDR屈服强度355（MPa）。ATC天线支架满足静强度和疲劳强度要求。确保了车辆的正常运营。
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作者简介：陈敏（1985- ），中国中车株洲电力机车有限公司