基于稳定性的不锈钢地铁底架焊点布局改进

以某不锈钢地铁底架为研究对象,利用有限元仿真软件对其进行稳定性分析,找出底架容易失稳的薄弱位置以及对应的屈曲因子.结果表明:不锈钢地铁底架最容易失稳的部位为枕梁附近边梁处波纹地板,焊点位置和数量会对屈曲造成一定的影响.从结构和力学的角度,对失稳位置的焊点布局进行改进,得到新的设计方案.对比新的方案与初始方案的屈曲结果可知,合理布置焊点位置能在保证静强度的情况下,明显增加结构的稳定性.为今后不锈钢点焊车底架的生产和研发提供了参考.     

基于结构稳定性的不锈钢点焊车体车顶焊点布置优化

依据结构稳定性理论,研究不锈钢点焊车车顶焊点冗余问题.首先,研究某不锈钢点焊车体的车顶焊点数量对车顶纵向刚度的影响以及车顶各区域发生屈曲的顺序,确定车顶焊点冗余区域为弧顶;然后,对该冗余区域的三种焊点布置方案进行结构稳定性对比分析,确定弧顶区域可减少3 000多焊点的布置方案;最后,将弧顶区域焊点布置映射到整车车体模型中,在EN12663-2010标准的载荷作用下,对车顶焊点优化前后车体性能进行有限元分析.结果表明:超员状态的车体底架边梁下翼缘中心垂向位移变化小于0.2 mm;车顶边梁高度300 k N压缩下,最大应力发生部位不变,应力变化小于2 MPa;车体结构的一阶垂向弯曲、一阶扭转和车顶横向弯曲的振动频率变化均在0.1Hz以内.     

不锈钢点焊地铁车车体结构稳定性分析

以不锈钢点焊地铁车为载体,应用HYPERMESH软件和有限元分析软件ANSYS进行有限元建模和稳定性计算,得到不锈钢点焊车发生屈曲的部位以及屈曲因子λ.发现该车局部结构失稳现象严重,不能满足设计要求,并提出改进意见,为不锈钢点焊车的在生产和研发提供必要的理论依据.     

考虑初始缺陷的动车组铝合金车体结构稳定性分析

基于非线性有限元分析技术,研究带有初始缺陷的动车组铝合金车体结构承载能力.首先,在研究结构稳定性数值分析理论的基础上,归纳总结出基于子结构法进行动车组铝合金车体稳定性分析的技术流程;其次,在EN12663中载荷作用下,对某动车组铝合金车体结构进行线性稳定性分析,指出车体屈曲因子较低部位为底架检查孔结构区域;然后,运用子结构技术,考虑不同初始缺陷对车体进行非线性稳定性分析,获得底架检查孔结构区域的临界载荷分别为1 350和1125 k N,均低于该区域的线性屈曲临界载荷.建议当类似动车组车体结构线性稳定性分析的屈曲因子较低部位为薄板结构时,应进行非线性稳定性分析.     

基于等效结构应力的不锈钢车体点焊接头疲劳寿命预测

采用等效结构应力法研究不锈钢车体点焊接头疲劳寿命.首先,在研究点焊接头的失效模式、结构应力计算方法的基础上,归纳总结了基于等效结构应力法进行点焊接头疲劳寿命预测的技术路线;其次,建立某不锈钢车体包括点焊接头在内的有限元模型,依据EN12663-1∶2010标准中提供的车体疲劳载荷谱,分析了主横梁与底架边梁区域的点焊接头结构应力分布规律,并对这些焊点进行了寿命预测;最后,采用改变焊点数量和布置及增加板厚的方式,使点焊接头疲劳寿命提高了3.87E+06.     

考虑屈曲响应的碳钢客车车体底架结构的拓扑优化

利用子结构和拓扑优化相结合的技术,研究碳钢客车车体底架结构的稳定性问题.首先,在1280kN车钩压缩载荷作用下,对某碳钢车车体结构进行线性屈曲分析,指出底架薄板部位因纵向刚度不足导致其屈曲因子偏低;然后,开展整车级底架失稳区域的典型结构的基于屈曲响应的拓扑优化,分别将碳钢车车体底架侧门和端部区域的典型结构定义为非子结构,其它车体单元定义为超单元,它们的边界结点定义为出口结点;接着,依据两典型结构的拓扑优化结果,确定优化设计方案;最后,经整车级结构的稳定性分析,优化结构的屈曲因子分别提高了0.67和0.95.这种考虑屈曲响应的、借助子结构方法的整车级高效的底架拓扑优化技术可推广到车体其它部位的优化设计中.     

轨道车辆不锈钢车体焊点强度评估方法研究

结合国际标准和接头疲劳试验及有限元模型,研究在设计阶段不锈钢车体焊点强度的快速评估.首先,对比分析英国标准EN 15085-3:2007和美国AWS C1.1M/C1.1-2000标准中基本金属的强度、板厚及焊核直径对焊点最小剪切力的影响;然后,对某出口不锈钢超载状态车体承受纵向压缩时,考虑到车体结构复杂与焊点数量庞大,借助梁单元模拟点焊连接,利用美国标准中的焊点最小剪切力对车体焊点的静强度进行评估.指出该车体底架焊点设计存在问题,需要进一步进行改进焊点设计.接着,分析焊点疲劳强度评估各类方法的特点及适用范围,基于焊点接头疲劳试验数据和利用梁单元的合成剪力变化范围,在超载状态车体承受107次垂向加速度为±0.3 g的循环载荷作用下,对该不锈钢车体焊点进行疲劳评估,车体焊点满足设计要求.     

焊点强度快速评估方法及应用

利用有限元分析方法和软件二次开发功能,研究设计阶段车体焊点强度快速评估方法及应用.首先,指出了有限元模型中利用梁单元模拟焊点,国际标准推荐使用焊点的最小剪切力评价焊点强度;然后,基于Hyperworks和ANSYS软件,结合焊点强度评估方法,提出了运用Tcl语言和APDL语言编制分析程序,实现了焊点利用率的快速计算;最后,利用开发程序对某不锈钢车体的焊点静强度进行了评估,并以云图形式显示了计算结果.结果表明:某不锈钢车体焊点强度利用率小于1,满足设计要求;应用开发程序使得焊点评估高效快捷,有效地简化了操作步骤、降低了出错几率,且结果可视化程度高,数据直观方便,对企业具有实际应用价值.     

不锈钢车体仿真与试验对比方法研究

基于某国外出口的不锈钢车体结构,采用壳单元及实体单元建立不锈钢车体结构有限元模型,应用梁单元模拟点焊、激光焊焊缝,运用ANSYS软件进行强度分析,依据美国ASME-RT-2:2014标准加载边界条件,输出测点的坐标、位移及应力信息,与车体样件试验结果做对比分析,并基于车体垂向工况对车体结构进行对比分析,结果表明:车体结构测点的计算数值与测试值的整体变化趋势一致,刚度、强度结果满足要求,验证了模拟方法的可靠性,对利用率超过25%,误差超过30%的测点进行了解释说明,最终满足技术要求.     

不锈钢点焊结构车体FEA建模方法

针对不锈钢车体点焊结构的“点传力”特性,提出了位移主-从约束关系建模思想,并通过数值试验验证了采用位移主-从约束关系来模拟焊核比现有其它的模拟方法具有更高的精度.以城市轻轨动车组不锈钢点焊车体为应用对象,基于位移主-从约束关系建立了该车车体的有限元模型,计算结果与试验测试结果基本一致,证明了模型的正确性,为今后该类车型的设计与开发打下了良好的技术基础.     

不锈钢点焊结构车体FEA建模方法

针对不锈钢车体点焊结构的"点传力"特性,提出了位移主-从约束关系建模思想,并通过数值试验验证了采用位移主-从约束关系来模拟焊核比现有其它的模拟方法具有更高的精度.以城市轻轨动车组不锈钢点焊车体为应用对象,基于位移主-从约束关系建立了该车车体的有限元模型,计算结果与试验测试结果基本一致,证明了模型的正确性,为今后该类车型的设计与开发打下了良好的技术基础.     

异性截面钢拱桥整体-局部稳定性研究

运用有限元软件建立某钢结构拱桥梁-板-壳混合有限元模型,计算分析了3种工况下前6阶弹性稳定屈曲系数及模态,并与梁单元模型进行了对比.计算分析结果表明:恒载工况下,2种模型前5阶模态相同且屈曲系数相差极小,混合模型第6阶模态表现为加劲肋局部失稳,且屈曲系数较梁单元模型小;恒载加活载工况下,2种模型前4阶模态相同,且屈曲系数相差极小,混合模型第5～6阶模态表现为加劲肋局部失稳,且屈曲系数较梁单元模型小,风荷载对结构整体及局部稳定性影响均较小.     

大跨度钢管混凝土拱桥的稳定性分析

简要介绍了钢管混凝土拱桥稳定性分析的2种方法：线性屈曲和非线性弹塑性屈曲．以益阳茅草街钢管混凝土拱桥为例，建立了有限元分析模型，采用大型通用有限元分析程序ANSYS对其成桥稳定性进行了分析，并进一步探讨了结构的几何非线性、材料非线性和初始缺陷对该桥稳定性的影响．分析表明，接近失稳荷载时，拱顶已出现较大竖向位移，应考虑大位移对稳定性的影响；结构的初始缺陷和材料的塑性都使得结构的稳定性降低。     

碳纤维复合材料车体结构强度仿真分析与结构优化

利用子模型和结构优化技术相结合的方法,对碳纤维复合材料司机室的地铁车体结构进行强度研究.基于复合材料力学特点,建立地铁车车体有限元模型;在EN12663-2010标准中静态载荷作用下,对其车体结构进行静强度有限元分析,运用Tsai-Wu失效准则对碳纤维复合材料司机室进行评价,找出其薄弱部位出现在司机室骨架上,并提出改进方案;最后,以铺层厚度和角度为设计变量,以Tsai-Wu失效因子小于0.9为约束,以CFRP质量最小为目标,对司机室骨架进行结构优化,优化后Tsai-Wu失效因子为0.897,骨架减重33％.     

不锈钢点焊车体结构的耐撞性研究

某不锈钢点焊地铁车车体正面碰撞时,因其吸能结构吸能效果不足,致使客室区域出现皱褶变形情况.通过研究车体吸能结构的材料特性、壁厚、预变形以及结构形状对其吸能特性的影响,筛选出最优车体吸能结构.车体改进后前端吸能结构吸能占车体总吸能的93.5%,较原方案提高28.2%.     

波形钢腹板箱梁的临界屈曲应力分析

通过对波形钢腹板箱梁的临界屈曲应力进行有限元数值模拟,结合相应屈曲理论计算其临界屈曲应力,对比分析了计算得出的各种临界屈曲应力,同时将波形钢腹板的波高、直板段水平长度、水平折叠角、腹板高度与厚度的尺寸改变,分析对其箱梁临界屈曲应力特性的影响规律。分析表明:1波形钢腹板的波高的变化基本不会对箱梁的临界屈曲应力造成影响;2避免波形钢腹板结构的局部屈曲失稳,直板段水平长度不宜过长;3波形钢腹板的水平折叠角的增大可有效的提高整体屈曲的稳定性;4设置的腹板高度不宜过高,以防止整体屈曲失稳;5适当增加腹板的厚度有利于结构局部屈曲稳定性提高。     

基于Isight平台的某动车组车体牵引梁焊缝应力的灵敏度分析

为确保高速列车的安全运行,提高车体静强度.首先建立动车组车体有限元模型,将运营条件叠加并施加在动车组车体上.在ANSYS软件中进行整车计算,找到模型在恶劣工况下的薄弱位置,采用子模型技术,提取车体底架部分结构,通过对比计算结果验证子模型的可信性.最后通过优化平台Isight整合ANSYS,引入参数化后的子模型,对薄弱部位进行应力灵敏度分析.根据灵敏度分析结果修改设计变量,对如何降低薄弱位置应力提出合理的建议,以此提高车体底架结构强度的安全系数.     

全自动驾驶地铁不锈钢车体静强度和模态分析

根据全自动驾驶地铁不锈钢车体结构特点,简化该车体几何模型,建立相应的有限元模型.基于车体静强度计算标准,确定10种车体结构静强度的计算工况.在这些计算工况作用下,计算车体结构的静强度.计算在最大垂直载荷作用下车体结构刚度,以及车体钢结构模态与整备状态下车体结构模态.计算结果表明全自动驾驶车辆不锈钢车车体结构的刚度、静强度和模态均满足车体结构设计要求.     

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.     

大轴重矿石车车体焊缝疲劳寿命分析

为研究重载货车车体焊缝疲劳寿命,以某大轴重矿石车车体为研究对象,在AAR标准静态载荷的作用下,对货车车体进行静强度分析与评价;在此模型的基础上,依据车体焊接工艺图,创建包括焊缝在内的矿石车车体疲劳寿命分析模型;在AAR标准动态载荷的作用下,应用等效结构应力法研究车体关切焊缝的结构应力分布规律以及疲劳寿命,并对寿命薄弱部位结构进行改进,改进后焊缝寿命明显提高．