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单趾弹条扣件是城市轨道交通中扣件系统的一种，属于弹性分开式扣件，适用于铺设60kg/m钢轨的无作轨道线路。其结构主要由单趾弹条(PR弹条)、铁垫板、橡胶垫板(轨下垫板及铁垫板下垫板)、轨距块、螺钉、螺母、塑料套管等部件组成，见图1。其中，单趾弹条采用60Si2Mn热轧弹簧钢，设计弹程为14.1mm，结构形式见图。单趾弹条扣件通过弹条与铁垫板之间的组装配合，以弯、扭、剪的弹性变形实现对钢轨的扣压，弹性变形的大小直接影响着扣压力的大小和弹条的应力水平，直接关系到扣件的使用寿命及列车运行安全。采用有限元分析单趾弹条在设计状态下的扣压力大小和应力水平，并结合其在不同的弹程、弹簧钢半径、中肢约束长度条件下进行强度分析。
在城市轨道交通的运营过程中，扣件系统承受着复杂的受力状态。单趾弹条相当于一根三维空间曲梁，除了承受弯、扭、剪的相互作用外，还与铁垫板插孔、轨距块之间发生挤压作用。采用一般的解析方法难以准确分析其在各种工况下的应力状态，而三维实体有限元法对复杂结构的受力分析较能够获得比较满意的结果。因此，分析以空间三维弹性力学有限元理论为基础，采用ANSYS有限元软件，先建立弹条的三维实体模型，然后运用solid92单元将实体模型离散成三维实体有限元模型，离散后的有限元模型由17225个节点、10599个单元构成，相邻单元通过共用节点进行相互作用。单趾弹条的计算参数:采用60Si2Mn材料、直径20.6mm的热轧弹簧钢，其屈服强度为1200MPa，极限强度为1300MPa。弹性模量取为2.06GPa，泊松比取为0.3。设计要求弹条在弹程为14.1mm时，单个弹条扣压力为5.6-8.4kN。
在设计工作状态下，扣件安装就位后，弹条趾端扣压在轨距块上，跟端扣压在铁垫板插孔座上。弹条趾端的垂向位移达到设计弹程为14.1mm，弹条中肢插入铁垫板插孔的长度大于72mm，小于76mm，保证中肢不外露，并与插孔呈线性接触状态。根据设计工况，利用弹条各部位的位移约束作为边界条件，采用solid92单元计算单趾弹条在第四强度理论计算中的等效应力分布，并与相关文献的计算结果进行对比。同时，也采用了beaml88单元进行计算，进一步验证有限元方法的正确性和solid92计算结果的合理性。
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