(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211202118.3 (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 中车成型 科技 （青岛） 有限公司 地址 266109 山东省青岛市城阳区棘洪滩 街道春阳路西端动车小镇科技馆104 (72)发明人 侯帅昌　史磊　赵英男　岳书静　 尹高冲　王坤　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 祖之强 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 轨道交通复合材料车体多层级虚实结合静 强度验证方法 (57)摘要 本发明提供了一种轨道交通复合材料车体 多层级虚实结合静强度验证方法， 确定材料许用 值以及环 境载荷因子， 根据车体尺 寸及材料参数 建立虚拟模型； 结合材料许用值， 根据车体材料 及结构建立整车级有 限元模型进行初始的承载 能力分析， 根据承载能力分析结果， 选择高承载 复合材料结构区域作为关键区域； 根据关键区域 建立部件、 组合件、 典型结构件和元件级别的多 层级子模型； 根据车体虚拟模型各静强度载荷工 况， 采用截面力方法分别提取部件、 组合件、 典型 结构件和元件 试样的载荷边界条件， 根据载荷边 界条件， 进行各自对应的试样试验； 本发明解决 了含复合材料承载结构的轨道交通车辆无可靠 的强度验证方法的问题， 在不进行整车破坏性试 验的前提下对含复合材料结构的车体进行强度 验证。 权利要求书3页 说明书14页 附图4页 CN 115470574 A 2022.12.13 CN 115470574 A 1.一种轨道交通复合材 料车体多层级虚实结合静强度验证方法， 其特 征在于： 包括以下 过程： 确定材料许用值以及环境载荷因子， 根据车体尺寸及材 料参数建立虚拟模型； 结合材料许用值， 根据 车体材料及结构建立整车级有限元模型进行初始的承载能力分 析， 根据承载能力分析 结果， 选择高承载复合材 料结构区域作为关键区域； 根据关键区域建立部件、 组合件、 典型 结构件和元件级别的多层级子模型； 根据车体虚拟模型各静强度载荷工况， 采用截面力方法提取元件级试样的载荷边界条 件， 根据元件级试样的载荷边界条件， 进 行元件级 试样试验， 并对元件级虚拟模 型进行互验 标定； 根据车体虚拟模型各静强度载荷工况， 采用截面力方法提取典型结构件的载荷边界条 件， 根据典型 结构件的载荷边界条件进行典型 结构件试验， 并对虚拟模型进行互验标定； 根据车体虚拟模型各静强度载荷工况， 采用截面力方法提取组合件的载荷边界条件， 根据组合件的载荷边界条件， 进行组合件试验并对虚拟模型进行互验标定； 分别采用极限载荷和限制载荷， 根据车体虚拟模型各静强度载荷工况， 采用截面力方 法提取部件的载荷边界条件， 采用限制载荷验证部件金属部分的强度是否满足要求， 通过 部件级子模型与部件试验的对比验证结构的传力形式及模型的准确度； 采用考虑环境影响因子的极限载荷， 验证部件复合材料结构部分的强度是否满足要 求， 通过部件级子模 型与部件试验的对比， 验证部件结构的传力形式、 模型的准确度及部件 复合材料静强度。 2.如权利要求1所述的轨道交通复合材料车体多层级虚实结合静强度验证方法， 其特 征在于： 对元件级试样， 在考虑环境载荷因子补偿系数情况下， 若极限载荷下物理试验发生破 坏， 则车体强度不满足要求， 修正多层级子模型， 进行元件级标准试验， 确定各区域设计许 用值。 3.如权利要求1所述的轨道交通复合材料车体多层级虚实结合静强度验证方法， 其特 征在于： 对典型结构件级试样， 确定环境载荷因子， 在考虑环境载荷因子补偿系数情况下， 若极 限载荷下物理试验发生破坏， 则车体强度不满足要求， 若极限载荷下物理试验未发生破坏 就继续放大载荷至值破坏， 初步确定无损伤设计值。 4.如权利要求1所述的轨道交通复合材料车体多层级虚实结合静强度验证方法， 其特 征在于： 对组合件级试样， 确定环境载荷因子， 在考虑环境载荷因子补偿系数情况下， 若极限载 荷下物理试验发生破坏， 则车体强度不满足要求， 若物理试验 未发生破坏， 则继续放大载荷 至值破坏， 得到修 订设计值， 作为该区域相应结构无第二类损伤第二设计值。 5.如权利要求1所述的轨道交通复合材料车体多层级虚实结合静强度验证方法， 其特 征在于： 截面力方法， 包括： 在整体虚拟模型中施加相应载荷， 提取相应多层级虚拟模型的边界节点位移， 按照节 点位移情况施加等效边界条件。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115470574 A 26.如权利要求5所述的轨道交通复合材料车体多层级虚实结合静强度验证方法， 其特 征在于： 采用多层级虚拟模型的方法确定载荷， 包括： 在整体虚拟模型中施加相应载荷， 提取相应层级模型的边界截面节点的力值及其综合 截面力， 按照节点力值及综合截面力包括力及弯 矩施加相应载荷。 7.如权利要求1所述的轨道交通复合材料车体多层级虚实结合静强度验证方法， 其特 征在于： 静强度所用载荷采用对应车型类别的标准载荷， 所述标准载荷均为 限制载荷， 当 以限 制载荷作为结构的外载荷时， 采用不确定系数1.5或安全系数， 当用极限载荷来规定受载情 况时， 不采用安全系数。 8.如权利要求1所述的轨道交通复合材料车体多层级虚实结合静强度验证方法， 其特 征在于： 静强度验证的环境条件， 包括： 温度、 湿度、 环境腐蚀情况、 自然老化情况以及遭受雷击 情况。 9.如权利要求8所述的轨道交通复合材料车体多层级虚实结合静强度验证方法， 其特 征在于： 车辆服役过程可能遇到的最高温度和最低温度的确定， 包括： 按车辆预定使用地区内 的气候高温、 加上日光曝晒引起的最大可能升温， 确定气候引起的结构最高温度； 按地面最 低温度确定气候引起的结构最低温度。 10.如权利要求8所述的轨道交通复合材料车体多层级虚实结合静强度验证方法， 其特 征在于： 湿度的确定， 包括： 根据 车辆设计使用寿命和预期使用环境， 确定复合材料结构寿命末 期达到的平衡吸湿量。 11.如权利要求8所述的轨道交通复合材料车体多层级虚实结合静强度验证方法， 其特 征在于： 环境腐蚀情况和自然老化情况的确定， 包括： 按使用和贮存环境来编制复合材料结构 腐蚀及老化谱； 采用试样、 元件、 典型结构件组合件试验件的自然曝露或加速试验， 来验证 复合材料结构防腐蚀和老化的能力； 用试样、 元件、 典型结构件和组合件防腐蚀抗老化的试 验结果， 修 正全尺寸部件的分析和试验结果。 12.如权利要求1所述的轨道交通复合材料车体多层级虚实结合静强度验证方法， 其特 征在于： 对于单层板， 给 出室温干态、 低温干态及高温湿态下的单向层合板力学性能， 包括： 0°或经向和90 °或纬向拉伸弹性模量和强度； 0 °或经向和90 °或纬向压缩弹性模量和强 度； 纵横或面内剪切弹性模量和强度； 主泊松比； 对于夹层结构， 给出室温干态、 低温干态及高温湿态下的夹层结构力学性能， 包括： 面 外拉伸强度、 面外 压缩强度和面外 剪切强度； 对于无缺口层合板， 给出室温干态、 低温干态及高温湿态下的典型铺层层合板力学性 能， 包括： 拉伸弹性模量和强度、 压缩弹性模量和强度、 面内剪切弹性模量和强度、 泊松比； 对于含缺口层合板， 给出室温干态、 低温干态及高温湿态下开孔和充填孔的拉伸和压权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115470574 A 3