不锈钢点焊车体结构稳定性分析及局部焊点布局优化

为研究不锈钢点焊车体结构的失稳性问题,首先创建某不锈钢点焊地铁车车体结构有限元模型;在EN12663-2010标准提供的压缩载荷作用下,对车体结构进行稳定性分析,指出车体发生屈曲失稳的部位;然后,对车体失稳部位进行局部结构改进并利用子结构技术和变密度法对车体局部焊点进行布局优化;最后,基于焊点优化结果更新车体模型中的焊点布置,并重新进行稳定性分析,结果表明:车体失稳部位的屈曲因子大于1.5.     

复杂焊接结构焊缝强度评估方法及应用

通过分析复杂焊缝受力,利用有限元分析方法输出焊缝位置的应力,求出焊缝局部单位长度的真实载荷.结合德国FKM规范并参考国内外相关研究,提出评估焊缝静强度方法.为高效评估整车级大量复杂焊缝,基于ANSYS软件编制快速分析程序,建立某出口地铁车体的有限元强度分析模型,在防撞柱载荷作用下,利用该程序评估司机室关键焊接结构焊缝的静强度;通过优化焊缝参数,使关键焊缝1和焊缝2最大利用度分别由1.09和1.41降为0.90和0.77,满足焊缝强度设计要求.     

轨道客车车体联接螺栓强度的数值模拟

基于螺栓联接传力特点、有限元技术以及相关标准,归纳总结出轨道客车车体联接螺栓强度分析的两种建模及评价方法.利用这两种方法,分别创建了动车组枕梁与边梁接触非线性分析模型以及地铁车模块化司机室与车体有限元模型;基于EN12663-2010标准载荷,校核某动车组枕梁与边梁联接螺栓及其被联接件的强度,以及某地铁车模块化司机室与车体联接螺栓的静强度和疲劳强度.这两种联接螺栓强度分析方法可推广到轨道客车车体底架吊装节点的强度设计中.     

基于虚拟试验的复合材料设计许用值的 确定及结构强度验证

总结复合材料结构积木式验证体系及设计许用值确定方法,给出了基于Digimat-VA虚拟试验模块进行设计许用值计算的流程,该虚拟试验通过模拟纤维、基体材料参数的分散度以及工艺误差带来的分散性,并利用均匀化理论及有限元方法得出CFRP(碳纤维增强塑料)强度的B基准值及刚度平均值,最后利用该方法对某型市域车复合材料司机室结构进行强度验证.     

复合材料在轨道交通车辆中的应用与展望

围绕玻璃纤维、碳纤维、铝基陶瓷等复合材料在轨道交通车辆中的应用展开了综述；介绍了针对上述复合材料开展的基础与应用研究历程及进展，分析了应用在大型复合材料构件的结构特点；针对头车/司机室、中间车车体、转向架、制动结构、其他结构，系统性地总结整理了复合材料种类、成型工艺、设计方法、优化方法等，全面阐述了复合材料在轨道交通车辆各个部件上的应用情况，并对目前应用存在的问题和未来应用发展方向进行了探讨。研究结果表明:复合材料的主要研究方法以理论研究为基础，在大型结构件中以有限元仿真研究为主，应用多尺度研究方法深入分析复合材料在微观、细观和宏观层面的性能；将复合材料应用到结构中时，在兼具刚度和轻量化的条件下，多采用三明治结构；复合材料之间、复合材料与金属材料的连接结构多采用胶接连接、螺栓连接、胶-螺混合连接等，其中混合连接结构强度大，稳定性高，在工程中应用最为广泛；复合材料已在轨道交通车辆中有一定的应用，纤维复合材料多用于头车/司机室、车体、转向架，而铝基陶瓷复合材料多用于制动结构；在未来应建立适用于轨道交通行业的复合材料相关标准与规范，研发新工艺，采用整体设计模式，扩大复合材料的使用范围，将更多高性能、低成本和轻质化的复合材料应用到轨道交通车辆中。      

考虑气动载荷的动车组铝合金司机室焊接接头应力因子分析

基于EN1999-1-3:2007和IIW-2008标准及EN15085-3标准,研究高速列车频繁地通过隧道时列车头部或尾部承受瞬间突变的气动载荷导致车体结构疲劳损伤的问题.基于上述标准的接头疲劳性能参数和疲劳评定方法及损伤等效原则,应用C#语言和ANSYS的APDL语言编写了高速动车组铝合金车体在BS EN12663标准的加速度疲劳载荷和气动疲劳载荷共同作用下,车体焊接接头应力因子的计算程序.在2×106次的0～4000 Pa气动载荷和107次的三方向加速度±0.15 g载荷共同作用下,利用某高速动车组头车车体结构有限元模型和自编计算程序对司机室焊接接头进行疲劳评估与应力因子分析.结果表明:主要由气动疲劳载荷引起的司机室焊接接头的累积损伤和应力因子均是IIW的计算结果大于EN 1999-1-3的计算结果;司机室立柱与边梁焊缝的累积损伤和应力因子最大,分别为0.753和0.987.建议高速动车组司机室焊接结构抗疲劳设计时应重点关注气动疲劳载荷.     

长大平车车体结构的拓扑优化设计

在对长大平车车体进行静强度和疲劳强度分析的基础上,分析关键部位的位移和应力指标对车体结构板材厚度的灵敏度,并基于灵敏度信息确定主要板材结构的拓扑优化模型,利用优化求解器进行拓扑优化.基于拓扑优化结果,给出车体结构的新设计方案并校核其静强度及疲劳强度.新设计方案在保证车体强度的同时,使车体减重1.3 t,较好地实现了车体轻量化的目的.优化结果为长大平车车体结构的创新设计提供了有价值的参考.     

基于最终失效强度的层合板结构优化分析

采用有限元方法分析了复合材料层合板结构的最终失效强度，并以此对结构进行了优化分析．层合板结构同时承受面内和面外载荷，每个单层板考虑基体失效和纤维断裂两种失效模式．当某一单层失效后采用比率退化法计算结构新的刚度，然后重新进行结构分析，直到求得结构的最终失效强度．以纤维方向角和层合板厚度作为设计变量，以最终失效强度为目标，对结构进行优化分析．     

机车车辆车体结构动应力计算方法

为了提高机车车辆的疲劳寿命,优化其结构设计,提出了基于多系统仿真模型和有限元方法的动应力混合计算方法,计算了机车车辆车体结构的动应力。建立以车体为核心的机车多体系统仿真模型,并进行动力学分析,获得关键位置的载荷时间历程。通过有限元准静态应力法,计算了车体结构的准静态应力影响因子。通过载荷时间历程和对应单位载荷作用下的应力影响因子的相互相乘叠加求和计算,获得车体结构在随机动载作用下的应力历程,对实际线路车体结构动应力测试结果和刚性车体与柔性车体的仿真结果进行了对比。对比结果表明:其误差分别是2.462%和7.258%,说明此计算方法计算精度高。     

高速列车车体侧顶圆弧结构优化

以新一代高速列车车体为研究对象,对车体结构进行了有限元分析,得到了车体侧顶圆弧结构区的应力分布.在对圆弧结构区弹性力学平面简化模型分析的基础上给出了型材分布规律,对型材结构进行了优化改进,使车体圆弧结构区的应力明显降低,为车体结构的实际设计和优化提供了有效的参考依据.