摘　要：针对ＰＲ型地铁弹条的实际工作情况，采用ＡＮＳＹＳ软件，对实际工作情况和载荷下的地铁弹条进行计算机建模和模拟分析。模拟分析结果表明，确定压紧位移值、改变扣压量或者确定扣压量和改变压紧位移值可以分别获得弹条内部模拟应力分布和模拟最大应力值，并且最大应力位置都出现在地铁弹条的跟端弯曲弧位置。同时，在压紧位移值和扣压量２个影响因素中，前者对弹条中的应力分布和最大应力值的影响效果更为显著。

关键词：地铁弹条；ＡＮＳＹＳ软件；计算机模拟；应力分析

　　

      地铁弹条是地铁运行轨道上非常重要的载荷部件，受力状态较为复杂，在实际工况下易发生疲劳断裂^［１］。所以，有必要对弹条在给定工作条件下的受力状态进行计算机模拟，这对弹条的设计和安装具有现实的指导意义和参考价值。本研究是利用ＡＮＳＹＳ软件，对某市轨道交通四号线大学城专线ＰＲ型地铁弹条的受力作用情况进行模拟分析。

 

      ＰＲ型 地 铁 弹 条 如 图１所 示，制 作 材 料 为６０Ｓｉ_２Ｍｎ，屈服强度σ_ｓ≥１　１７６ＭＰａ，在ＡＮＳＹＳ软件中，首先作出模型的中心线，然后再拉伸成形，具体步骤为：１）确定中心线上一系列点的坐标；２）连点成线，画出完整的中心线；３）在中心线端点处做面，沿中心线拉伸面得到完整的体模型。

 

      ＡＮＳＹＳ程序提供了使用便捷的、高质量的、对模型进行网格划分的功能，共有延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分^［２］４种网格划分方法。本文采用的是自由划分。自由网格划分是自动化程度最高的网格划分技术之一，它在面上（平面、曲面）可以自动生成三角形或四边形网格，在物体上自动生成四面体网格。网格划分后的节点数为３８　２７９，单元数为７　８５７。模型网格划分图如图２所示。

      自由度也称节点自由度，是有限元求解过程中唯一的变量。在ＡＮＳＹＳ软件中，自由度约束可以直接加载到有限元载荷的节点上，也可以施加到实体模型中的关键点、线和面上^［３］。

      本文根据实际工况，在模型上施加了２个约束，在支撑点加Ｙ向线约束（图３ａ中三角形处为加载线约束的位置），在扣压的地方施加面的全约束（图３ｂ中三角形处为加载面约束的位置）。

      对地铁弹条做结构分析，加载是位移边界条件。在进行加载边界条件时，选择Ｙ向最大位移量为１０．５ｍｍ。为了更好地分析地铁弹条的性能，本文还取了不同的位移量，分别为１０、９．５、９．０ｍｍ。求解过程是ＡＮＳＹＳ软件读取有限元模型及其上载荷信息，建立联立方程并使用不同求解器得出求解结果，包括基本解（一般是节点的自由度值）和派生解（通过对基本解进行数学运算导出来的其他感兴趣的解）^［４］。

 

      在位移值一定的情况下，即位移值为１０．５ｍｍ，插入量分别为８５、８０、７５、７０ｍｍ情况下的地铁弹条，其模拟分析最大应力值见表１，冯－史密斯应力分布如图４所示。

      由以上可知，在位移值为１０．５ｍｍ的情况下，扣压量为８５、８０、７５、７０ｍｍ时的地铁弹条最大应力为１　５５０ＭＰａ，且最大应力都出现在地铁弹条的跟端弯曲圆弧位置，已超过６０Ｓｉ_２Ｍｎ的强度极限。

      在弹条扣压量一定的情况下，边界条件即抬升位移值分别为１０．５、１０、９．５、９．０ｍｍ，弹条扣压量为８５ｍｍ时，地铁弹条模拟分析最大应力值见表２。

      在扣压量一定，即为８５ｍｍ的情况下，压紧位移分别为１０．５、１０、９．５、９．０ｍｍ的条件下，其最大应力为１　４３０ＭＰａ，且最大应力也都出现在地铁弹条的跟端弯曲圆弧位置，且结果与该型弹条在使用过程中在该处产生的疲劳断裂情况相符。

      本文利用ＡＮＳＹＳ软件对地铁弹条的受力情况进行了模拟，对其在工作条件下的受力状态进行模拟分析，通过分析得出以下结论。

     １）在压紧位移值一定（１０．５ｍｍ）的情况下，改变扣压量模拟弹条内部应力分布，最大应力１　５５０ＭＰａ出现在地铁弹条的跟端弯曲圆弧位置，已经超过６０Ｓｉ_２Ｍｎ的强度极限。

      ２）在弹条扣压量一定，边界条件即抬升位移值为１０．５ｍｍ的情况下，改变压紧位移值模拟弹条内部应力分布，最大应力１　４３０ＭＰａ也出现在地铁弹条的跟端弯曲圆弧位置，已经超过６０Ｓｉ_２Ｍｎ的强度极限。

      ３）压紧位移和扣压量均影响地铁弹条的应力分布和最大应力值，２个影响因素中，压紧位移对弹条中的应力分布和最大应力的影响更为显著。

 

［１］韩志强．弹条扣件的发展及高速铁路的扣件选择［Ｊ］．山西建筑，２００５，３１（７）：１３１．

［２］袁国勇．ＡＮＳＹＳ网格划分方法的分析［Ｊ］．计算机应用，２００９（６）：５９－６０．

［３］刘国庆，杨庆东．ＡＮＳＹＳ工程应用教程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００３．

［４］高兴军，赵恒华．大型通用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ简介［Ｊ］．辽宁石油化工大学学报，２００４，２４（３）：９６．