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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，其結構樣式體現(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構和采用的材質都會有所不同，在確定結構樣式前需要對其進行強度分析，以驗證立柱扶手強度是否能夠達到設計要求。上海軌道交通11號線車輛的側扶手采用懸臂結構，本研究對使用鋁合金材質的側扶手結構進行強度分析。
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，表而經過陽極氧化的鋁合金管。為防比車輛運行過程中產生的搖晃和震動對乘客造成不便，將由于偶然原因產生的危害降到最低，在座椅上方、貫通道兩側、車廂兩端都設置了扶手，并對受力部位最惡劣的座椅側扶手進行強度分析計算，以確保扶手滿足安全要求。
標準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、倒角等細節(jié)，忽略這些元素基本不會對所關心的計算結果產生較大影響，但是可以減小計算量。模型中部件的建立是用CATIA軟件來實現(xiàn)的，而裝配、計算及結果處理是通過ABAQUS有限元軟件來實現(xiàn)的。頂部連接座采用線性六而體單元，側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，扶手受力情況復雜多樣，在上海軌道交通11號線車輛設計過程中對側扶手的受力進行模擬實驗，計算載荷考慮4種工況：1)根據(jù)UIC 566標準要求加垂直力F，水平力和縱向力，大小均為750 N，2)在分析工況一的基礎上，考慮車輛沖擊振動情況，設置工況FZ=1470 N，工況三F3=1470 N，3)考慮到車輛滿載的情況設置工況四：側扶手橫拉桿組成施加兩個900 N的豎直載荷和1300 N/m的均布載荷。
連接座與側扶手彎拉桿、側扶手彎拉桿與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，各零件工況一的應力分布情況如圖所示。其中頂部連接座最大應力分布在內孔上邊沿處，側扶手彎拉桿最大應力分布在與T型接頭接觸的位置，T型接頭最大應力分布在與彎拉桿接觸的內表而邊沿表中列出了各種工況各種部件的應力情況，并分析計算出相應的安全系數(shù)。
專業(yè)從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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